Thuja occidentalis L. wood is desirabl, e for wooden structures that require wood density uniformity. Wood density is a wood quality indicator related to numerous morphological, mechanical, physiological, and ecological properties. This study aimed to investigate the regional, site, and tree-to-tree variations of T. occidentalis wood density and growth components through the analysis of X-ray densitometer data. A total of 287 trees were randomly sampled from 11 sites in the Abitibi-Témiscamingue regions in Québec, Canada. The average ring density at breast height was 356 kg m−3, with a small difference between earlywood and latewood (167 kg m−3), indicating a relatively uniform wood. Ring density and width varied significantly between the Abitibi and the Témiscamingue regions, mainly in the juvenile wood. Trees from the Abitibi region showed higher ring density than those in the Témiscamingue region. In contrast, the ring width was higher in the Témiscamingue region. Site, tree, and cambial age significantly (p < 0.001) affected wood density and growth components. However, the largest variation is due to the tree-to-tree variation, accounting for about 15%–31% of the total variation. Compared to ring widths, ring density components showed a considerably smaller tree-to-tree variation and higher variation (7.1%) with cambial age than ring widths (0.6%). Ring width correlated positively and significantly (p < 0.001) with average temperature and annual precipitation, while ring density correlated negatively and significantly (p < 0.001) with average temperature and annual precipitation.

Intra-ring variation in wood density and tracheid anatomical properties and wood property interrelationships were investigated in Thuja occidentalis L. Samples were taken from three stands in Abitibi–Témiscamingue, Quebec, Canada. The structure of T. occidentalis wood is simple, homogeneous and uniform, which is desirable for wooden structures that require wood uniformity. From early- to latewood, cell and lumen diameter decreased, while cell wall thickness increased. These changes led to an increase of the cell wall proportion. Wood ring density and width interrelationships were weaker in mature wood compared to juvenile wood. Earlywood density is the more important in determining mature wood density than latewood density and proportion. Earlywood density explains 92% and 89% of the variation in juvenile and mature wood density, respectively. The negative relationship between ring density and width, although significant, was low and tends to weaken with increasing tree age, thus providing the opportunity for silvicultural practices to improve both growth and wood density. Ring width was positively and strongly correlated to early- and latewood width, but negatively correlated to tracheid length and latewood proportion. Accordingly, increases in ring width produce smaller tracheids and wider earlywood without a corresponding increase in latewood. Practical implications of the results are discussed.

The variability in wood properties of eastern white cedar (Thuja occidentalis L.) is relatively poorly known. Here we report the axial and the radial variation in selected anatomical properties, namely, ring width, wood density, and tracheid length and width. Forty-five trees were randomly sampled and felled from three selected sites in the Abitibi-Témiscamingue region, Quebec, Canada. Disks were systematically sampled at 0.5, 1.3, and 3 m stem height and at every 2 meters thereafter up to the tree top. Average ring density at breast height was 355 kg/m³ with a small difference between earlywood and latewood. The latewood proportion was uniform and constant within the tree at about 32%. The tracheids were fine and long, averaging 25.3 ?m in width and 2.07 mm in length. The variation in wood density components between trees was highly significant. The cambial age effect on all measured properties was highly significant. Ring density decreased from a maximum near the pith to a minimum in the juvenile–mature wood transition zone and remained constant or decreased slightly thereafter. Annual ring width decreased from a maximum near the pith to a minimum at the 10th ring and increased thereafter. Tracheid length and width showed typical radial variation characterized by a steady increase from pith to bark. Within-tree axial variation was highly significant, but ring width showed more substantial changes. Changes in wood properties with height depend on cambial age and thus are implied since the proportion of juvenile wood in the stem increases from the base to the top.

Les variations intra-arbres, intrasites et intersites des attributs de la qualité du bois du thuya occidental (Thuja occidentalis L.), ainsi que l'impact de la présence de la carie sur ses caractéristiques ont été étudiées. Plusieurs sites écologiques où cette essence est suffisamment abondante en Abitibi-Témiscamingue ont été sélectionnés. Les arbres analysés dans le présent travail ont été échantillonnés de façon aléatoire pour chacun des sites. Deux types d'échantillonnage ont été réalisés: (i) un échantillonnage non destructif dans 11 sites à raison de 40 carottes par site, prélevées au diamètre à hauteur de poitrine et (ii) un échantillonnage destructif dans trois sites à raison de 15 arbres par site. Chaque arbre est découpé en deux billots de 0,7 m et 1,6 m et des rondelles extraites à des hauteurs systématiques à partir de 0,5 m tout le long de la hauteur de la tige. Les diamètres de l'aubier, du duramen et de la carie sont mesurés sur chaque rondelle. Toutes les rondelles et les billots sont séchés à l'air ambiant pendant plusieurs mois. Des travaux de caractérisation multi-échelles ont été réalisés pour la caractérisation de la qualité du bois du thuya occidental à l'aide de différents outils, notamment le densitomètre à rayons X, l'analyse de la qualité de la fibre, la microscopie électronique à balayage, des analyses proximales de la composition chimique et la spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier, couplée à la technique de réflectance diffuse et les essais mécaniques.

Les études de densitomètre à rayon X et d'analyse de la qualité des fibres ont permis d'établir les profils des variations radiales et longitudinales des composants de la largeur et de la masse volumique des cernes et de la longueur et de la largeur des trachéides du bois du thuya occidental. Ces études ont permis aussi d'étudier les relations entre la croissance et les propriétés du bois. Les résultats ont montré que l'âge cambial et la hauteur de l'arbre étaient les principales sources de variation des propriétés du bois. La variation radiale de la masse volumique du bois du thuya occidental se caractérise par une diminution initiale depuis la moelle jusqu'à la zone de transition du bois juvénile au bois mature (environ 30 ans) et demeure plus ou moins constante par la suite. Le bois du thuya occidental est relativement uniforme. La masse volumique du bois final était plus dense de 41% que celle du bois initial. La distribution de bois final était assez uniforme à l'intérieur de l'arbre, représentant plus de 31% du cerne. La largeur du cerne diminue de son maximum près de la moelle pour atteindre son minimum au dixième cerne, puis elle augmente légèrement par la suite. Les variations interarbres des composants de la largeur et de la masse volumique des cernes étaient statistiquement significatives. La longueur et la largeur des trachéides ont montré une variation radiale caractérisée par une augmentation constante de la moelle vers l'écorce. La masse volumique du bois a diminué de la base vers le sommet de l'arbre, alors que la largeur des cernes ainsi que la longueur et la largeur des trachéides ont augmenté avec la hauteur de l'arbre.
La relation entre la masse volumique et les largeurs des cernes varie avec l'âge cambial. Dans le bois juvénile, la largeur des cernes était positivement corrélée à la largeur du bois initial alors que la proportion du bois final était négativement corrélée à la largeur des cernes. Les mêmes tendances ont été observées dans le bois mature, mais ces relations étaient plus importantes. Les résultats ont aussi révélé que la relation entre la masse volumique du cerne et celle du bois initial est très forte (r=0,92), comparativement à celle avec le bois final (r=0,53). Ces relations étaient plus importantes dans le bois juvénile que dans le bois mature. Une relation négative entre la longueur des trachéides et la largeur des cernes a été également observée chez le thuya occidental.

Par ailleurs, deux cent quatre-vingt-sept arbres échantillonnés à partir de onze sites ont servi à étudier les variations intersites et intrasites de la largeur et la masse volumique des cernes du thuya occidental. Les résultats ont montré que les effets du site, de l'arbre et de l'âge cambial sur les propriétés étudiées sont très significatifs, néanmoins, la variation due à l'arbre était la plus importante. En revanche, la variation interarbres des largeurs des cernes était plus considérable que celle des composants de la masse volumique du bois. L'âge cambial représente 17,7% de la variation totale de la masse volumique du cerne, mais seulement 0,6% de la variation totale de la largeur du cerne. La variation due à l'arbre varie entre 15 et 31% de la variation totale des composants de la masse volumique et de la largeur des cernes. Le site représente de 3 à 10% de la variation totale de ces propriétés. L'effet du site est plus important sur les largeurs des cernes que sur les composants de la masse volumique du bois.

Les résultats ont aussi montré que la masse volumique et la largeur des cernes varient considérablement entre les régions de l'Abitibi et Témiscamingue. De façon générale, la masse volumique moyenne du bois du thuya occidental en Abitibi-Témiscamingue était plus élevée (355 kg m-3) que celle précédemment rapportée dans d'autres régions au Canada. Le bois du thuya est relativement homogène, avec une faible différence entre le bois initial et le bois final (167 kg m-3). Les arbres poussant en Abitibi ont une masse volumique légèrement plus élevée que ceux poussant dans la région de Témiscamingue. À l'inverse les largeurs des cernes et le pourcentage du bois final étaient plus importants chez les arbres poussant au Témiscamingue.

D'autre part, les effets du site, de la hauteur de l'arbre et de l'âge de l'arbre sur les proportions de l'aubier, du duramen et de la carie sont très significatifs. Les proportions du duramen et de la carie ont diminué de la base de l'arbre au sommet, alors que la proportion de l'aubier a augmenté. La proportion de la carie était plus importante chez les arbres poussant sur des sites humides et sur des sols à pH acide que chez ceux poussant sur des sites secs et sur des sols à pH basique. La proportion de la carie était plus importante au niveau des arbres âgés comparativement aux arbres de moins de 80 ans ou la carie n'était pas sérieuse. Toutefois, la relation entre la proportion de la carie et l'âge de l'arbre était fortement liée aux conditions du milieu. La proportion de la carie augmente avec l'âge de l'arbre. Cette relation est d'autant plus forte si les conditions du milieu favorisent l'incidence de la carie. La proportion de la carie est positivement corrélée avec celle du duramen et négativement liée avec celle de l'aubier.

L'analyse de la structure anatomique du bois dégradé par la microscopie électronique à balayage a montré que la dégradation varie beaucoup entre les stades de la carie, avec le type du bois (le bois initial et le bois final) et entre les différentes parties de la cellule (lumen, lamelle moyenne, paroi cellulaire). À un stade initial, la dégradation est plus sérieuse au niveau des trachéides du bois initial que celles du bois final. Ceci a été expliqué par les caractéristiques des trachéides du bois final (une aire du lumen étroite, une paroi cellulaire épaisse et une masse volumique élevée). La dégradation est plus considérable au niveau de la partie intérieure (proche du lumen) de la paroi cellulaire, alors que celle à côté de la lamelle moyenne reste intacte. À un stade avancé, la paroi cellulaire est gravement dégradée et la lamelle moyenne est altérée et par conséquent, le bois perd son intégrité structurale. Ces changements structuraux sont d'ordre chimique. L'étude de densitomètre à rayon X révèle la même tendance. Les changements de la masse volumique du bois liés à la carie étaient plus importants au niveau des trachéides du bois initial que celles du bois final. Le profil de variation radiale de la masse volumique du bois dégradé a aussi révélé que la dégradation du bois était plus importante près de la moelle et diminue vers l'écorce, et que la dégradation se limite au duramen.

L'analyse des propriétés chimiques a montré que le bois du thuya occidental est très riche en substances extractibles (14,1%) et en lignine (31,5%). Les hémicelluloses de groupe xylanes et mannanes sont les plus abondantes. La présence de la carie brune se manifeste par une diminution importante des teneurs en hémicelluloses et en cellulose, les lignines, toutefois, ne sont pas dégradées. La dégradation des hémicelluloses et de la cellulose est sélective et elle dépend du processus de dégradation. À un stade initial, les hémicelluloses sont éliminées plus rapidement que la cellulose. Les hémicelluloses du groupe galactanes et arabinanes sont dégradées plus rapidement que les mannanes et les xylanes. La réduction était de 31,1% pour les galactanes, 27,9% pour les arabinanes, 9,9% pour les mannanes et 7,5% pour les xylanes.

L'analyse des propriétés mécaniques a montré que la présence de la carie est accompagnée par une diminution substantielle des propriétés étudiées. Néanmoins, les propriétés ne sont pas altérées avec la même grandeur et elles dépendent du stade de la carie. À un stade initial, le module de la rupture en flexion (MOR) était plus affecté que le module d'élasticité (MOE). La résistance à la limite d'élasticité en compression perpendiculaire (LS) et la dureté sont gravement affectées. Les changements dans les propriétés mécaniques du bois s'expliquent par les modifications de sa composition chimique, dues à la carie. Le MOR était fortement corrélé à la teneur en hémicelluloses, par contre il était faiblement corrélé à la teneur en cellulose. À l'inverse, le MOE était fortement corrélé à la teneur en cellulose. À un stade initial, les hémicelluloses sont dégradées plus rapidement que la cellulose, et par conséquent la perte du MOR était plus importante que celle du MOE. La perte de résistance (MOR) est attribuée à la dégradation des hémicelluloses du groupe arabinanes et galactanes. La perte de la rigidité (MOE) est associée à la dégradation de la cellulose. Finalement, les résultats ont montré aussi que les pertes de la masse étaient faibles à un stade initial (6-10%), mais les changements des propriétés mécaniques étaient considérables. Une perte de masse de 15% était à l'origine d'une réduction de 40% du MOR et de 30% du MOE en flexion. La perte de la masse est associée avec la dégradation des hémicelluloses du groupe mannanes et xylanes. À un stade initial, les hémicelluloses des groupes arabinanes et galactanes sont dégradées plus rapidement que les hémicelluloses des groupes mannanes et xylanes, et par conséquent, les pertes de la masse étaient faibles à un stade initial (6-10%).

The effects of decay on wood density, wood structure, chemical composition, and mechanical properties in eastern white cedar (Thuja occidentalis L.) were investigated. Decay stage was determined by X-ray densitometry and scanning electron microscopy (SEM). Chemical and mechanical properties of decayed and sound wood samples were also determined. SEM results showed that decay colonization varied among wood cell types and within individual cell wall layers. Growth of fungi causing brown rot decay was limited and slower in latewood than in earlywood due to the narrow cell lumen, thicker wall, and higher density of latewood. Decay-related changes in wood density were more prominent in earlywood than latewood tracheids. Brown-rot decay selectively removes structural carbohydrate components, increasing the higher lignin/carbohydrate ratio as decay progresses. The relationships between chemical composition, mechanical properties, and weight loss were highly significant, with 15% weight loss leading to 40% loss in modulus of rupture (MOR) and 30% loss in bending modulus of elasticity (MOE). The strength loss (MOR) was attributable to arabinan and galactan loss. The loss in wood stiffness was associated with cellulose (glucan) loss, and weight loss was associated with mannan and xylans losses.

Variations in brown rot decay and proportions of heartwood and sapwood were investigated in eastern white cedar (Thuja occidentalis L.). This experiment tested the hypothesis that the incidence of brown rot decay depends on the site, tree age, tree height, and heartwood/ sapwood ratio. Forty-five trees were sampled and felled from three mature stands in the Abitibi-Témiscamingue region, Quebec, Canada. From each tree, disks were systematically sampled along the entire stem, and the heartwood, sapwood, and decay proportions and volumes were determined for each disk. Scanning electron microscopy showed that growth of fungi causing brown rot decay was limited and slower in latewood than in earlywood due to the narrow cell lumen, thick wall, and limited number of bordered pits in latewood tracheids. Site, tree height, and tree age had significant effects on the proportions of sapwood, heartwood, and decay. Heartwood and brown rot decay proportions decreased from the base of the tree upward, while the sapwood proportion increased. There was more decay in older trees and in those growing on moist versus dry sites; however, decay was not serious in trees younger than 80 years. In addition, brown rot decay proportion correlated strongly and positively with heartwood proportion and tree volume, but negatively with sapwood proportion.