Caractérisation des propriétés physiques des bois

Problématique

Le fourré xérophile de la commune rurale de Soalara Sud subit des perturbations que ce soit d’origine naturelle (changement du régime de précipitation, rallongement de la durée de la sècheresse,…) ou anthropique (pâturage, prélèvement bois d’œuvre, …) (Radosy, 2013). Ces perturbations posent des difficultés économiques pour la plupart des villageois. Les activités agricoles supposées comme activité secondaire de la région sont surtout affectées par les perturbations naturelles, la diminution de la récolte, l’apparition de maladie, …. Ce qui les emmène à trouver d’autres issus pour subvenir à leur besoin quotidien. De plus, la concentration des populations en milieu urbaine crée une forte demande en bois énergie. Ainsi pour satisfaire la demande des populations de plus en plus croissantes, un véritable secteur économique s’est constitué en professionnalisant les activités d’exploitation de bois énergie et de bois d’œuvre. Les agriculteurs/paysans se sont transformés en charbonnières. Ainsi, l’exploitation du bois énergie occupe désormais la deuxième activité des paysans des zones d’approvisionnement des centres urbains après l’élevage. Les villageois utilisent irrationnellement les bois (Raoliarivelo & al., 2010). Or, les ressources sont presque épuisées (Raoliarivelo & al., 2010) et nécessitent une gestion efficace et durable. De plus, la commune appartient à un écosystème encore mal connu et hétérogène. Et si l’option d’une régénération artificielle des espèces locales demeure indispensable pour reconstituer le patrimoine forestier à Soalara Sud et couvrir ainsi le besoin en bois des populations, il est très utile de bien comprendre la dynamique et la qualité du bois. La dynamique du couvert forestier du fourré xérophile de Betioky-Sud et Soalara Sud a été déjà étudiée par Hosnah en 2013. Il est donc nécessaire de poursuivre par une étude approfondie des structurelles et physiques du bois issu des formations naturelles existantes pour mieux comprendre la variabilité de la qualité du bois entre les espèces et suivant la position radiale de l’arbre,et également de comprendre la variabilité entre les propriétés physiques et les propriétés anatomiques. Ainsi, la problématique générale de cette étude est: « Du point de vue technologique, comment secaractérisent les bois prélevés dans la commune rurale de Soalara Sud ? »

Hypothèses

Pour répondre à la problématique générale de l’étude, les hypothèses qui en résultent sont alors: H1 : Les connaissances empiriques sur les espèces charbonnières sont en adéquation avec les propriétés des bois.
Etant donné que la plupart des arbres prélevés sont des espèces que la population utilise pour la fabrication du charbon de bois, cette première hypothèse consiste à vérifier si les bois utilisés pour fabriquer les charbons de bois sont de bon combustibles ou pas. Si elle est vérifiée, il sera possibled’établir une classification des espèces combustibles et des espèces non combustibles.

Caractéristiques agroécologiques

Pédologie

La diversité des affleurements géologiques, la variété des types de reliefs et les actions des climats passés dans la région du Sud-Ouest ont donné une gamme très étendue de types de sols (Salomon, 1979). La commune rurale de Soalara-Sud est constituée de deux types de sol : les sols de nature dunaire et/ou sableuse peu évoluée constitués de sables beiges et de sables roux, et de nature calcaire sur affleurement de grès calcaires (Raoliarivelo, & al., 2010; Hosnah, 2013).

Climat

La région du Sud-Ouest a un climat semi-aride avec un maximum de sécheresse surtout dans la partie sud de la zone étudiée (Salomon, 1984). La pluviométrie moyenne annuelle est de 418 mm et la température moyenne annuelle 24°C (Raoliarivelo, & al., 2010; Hosnah, 2013; Radosy, 2013).

Végétation

Le fourré de la zone d’étude est une formation xérophile très spéciale qui représente un des aspects les plus originaux de la végétation malgache. L’adaptation à l’aridité a conféré aux plantes des formes biologiques très caractéristiques qui déterminent la physionomie curieuse de cette formation (Razanaka, 1996). Il est caractérisé par le fourré à Didiereaceae et à Euphorbiaceae (Salomon, 1979).
 Le bas fourré xérophile arbustif sur des sols très filtrants ou des lithosols de dalles calcaires. Ce groupement est très dense du fait de l’intrication des rameaux des différentes plantes qui le composent.
Ils sont essentiellement caractérisés par Euphorbia stenoclada Baillon (Euphorbiaceae), Euphorbia laro Drake, Grewia grevei Baillon (Malvaceae), Albizia sp. . Durazz. (Fabaceae), Stereospermum bernierri DC. (Bignoniaceae), Commiphora sp. , Euphorbia milii Des Moul. (Euphorbiaceae), les Alluaudia comosa Drake (Didieraceae) et les Croton sp. Müll. (Euphorbiaceae). La strate inférieure fermée est surtout caractérisée par Cordyla madagascariensis R. Viguier (Fabaceae), Cordyla humbertii et Cordyla simplicifolia (Raoliarivelo, et al., 2010; Hosnah, 2013; Radosy, 2013).
 Le haut fourré xérophile arbustif est lié aux séries dunaires constituées de sables roux fins à légèrement grossiers, très pauvres en particules fines. Ce groupement présente une hauteur moyenne de 4-6 m avec des émergents atteignant 8-10 m (Razanaka, 1996). Il reste très dense et impénétrable dans l’ensemble. Ce fourré est dominé par Didierea madagascariensis Baillon (Didiereaceae), Adansonia fony Baill. ex H. Perrier (Malvacea) et sur la strate inférieure, il est constitué par Commiphora humbertii H. Perrier (Burseraceae), Commiphora lamii H. Perrier, et par Croton spp. (Euphorbiaceae) (Raoliarivelo & al., 2010; Hosnah, 2013; Radosy, 2013).
 Le haut fourré xérophile arbustif ouvert à Didierea madagascariensis- Commiphora monstruosa est lié aux séries dunaires constituées de sables roux-beiges (Razanaka, 1996).

Milieu humain

Population

La population est constituée par les Tanalana (qui vivent pour la plupart à l‘intérieur des terres) et Vezo (qui vivent sur les côtes) (Raoliarivelo, & al., 2010). Elle comptait 7 589 habitants en 2006 dont la majorité (70%) est jeune.

Activités

L’agriculture, l’élevage extensif des petits ruminants, l’exploitation forestière (fabrication des charbons de bois et prélèvement de bois d’œuvre), et la pêche sont les activités de base de la population locale (Raoliarivelo, & al., 2010). D’autres activités telles que les petits commerces, les transports terrestre et maritime, le tourisme, l’exploitation minière, existent mais elles sont encore en veilleuses.

Méthodes d’essai au laboratoire

Mesure des propriétés macroscopiques

Densité et infradensité

Masse volumique ou densité

La masse volumique d’une éprouvette est définie comme étant le rapport de sa masse à son volume à 12% d’humidité (NF B 51-005, 1985). Les échantillons de bois ont été stabilisés dans une enceinte climatique réglée à une température de 20°C et à une humidité relative de l’air égale à 65%, afin d’obtenir l’équilibre hygroscopique du bois à 12%. La masse a été déterminée par pesée sur une balance d’une précision de 0,01 g et le volume à l’aide du principe d’Archimède (Badea, et al., 2008) selon lequel la différence entre le poids d’un échantillon suspendu dans l’eau et le poids de l’eau, est égale au volume d’eau déplacé multiplié par la masse volumique de l’eau. Elle permet de déterminer le volume quelle que soit la forme géométrique d’un échantillon de bois (Malenfant, 2010).

Mesure des propriétés microscopiques

Pour connaître les structures anatomiques des bois, il a été nécessaire de réaliser des coupes anatomiques. Deux paramètres ont été considérés dans cette étude : le diamètre et la fréquence des vaisseaux.

Réalisation des coupes

La réalisation des coupes microscopiques a été effectuée en Belgique par Dr. RAMANANANATOANDRO Tahiana et par Maria Lucia Ferreira SIMEONE au Brésil. Pour la préparation, le mode opératoire de Johansen en 1940 a été adopté. Tout d’abord, un cube d’un centimètre d’arête a été prélevé à partir de chaque disque. Les cubes ont été saturés dans une solution d’eau
glycérol/alcool puis ils ont été déposés dans une étuve à 60°C pendant 3 jours. Ensuite, les coupes
minces d’environ 15 µm d’épaisseur ont été réalisées sur le plan transversal à l’aide d’un microtome à bois de type MICROM. Par la suite, les coupes ont été colorées avec de la Safranine 0 à 70% pendant quelques minutes et elles ont été rincées dans l’eau distillée. Puis elles ont été trempées dans de l’alcool de différentes concentrations : 50% (5mn), 70% (5-15mn) ; 96% (5 mn) ; 100% (10mn, pour une déshydratation totale). Enfin, les coupes ont été montées entre la lame et lamelle avec quelques gouttes d’euparal pour la fixation des coupes et de la couleur.

Observation des coupes et traitement d’image

Un microscope optique à lumière transmise a été utilisé pour observer les éléments anatomiques.
Les sections transversales du bois ont été examinées et capturées avec un grossissement x 80 (Figure 5-a). Un micromètre a été utilisé afin de connaître l’échelle des images photographiées. Les coupes transversales des vaisseaux ont été analysées avec le logiciel de traitement d’image Fiji.
Deux mesures ont été prises pour déterminer les diamètres des vaisseaux puisque les vaisseaux ont une forme elliptique. Ainsi, le diamètre minimum (dmin) et le diamètre maximum (dmax) de chaque vaisseau ont été considérés (Figure 5-c). Pour une représentativité des résultats, 50 vaisseaux minimum ont été mesurés pour chaque essence.
La mesure de la fréquence de vaisseaux (nombre de vaisseaux par mm2) a été basée sur le comptage individuel de tous les vaisseaux par unité de surface. Dans ce contexte, les vaisseaux accolés radialement en 4 ont été comptés comme 4 vaisseaux. Pour la répétition, 3 à 6 unités de surface par coupe (champs entiers vus par l’objectif du microscope 1.50 x 1.12 mm (1.68 mm ²) avec un grossissement x80) ont été examinées.

Méthode d’analyse statistique

L’analyse statistique des données a permis l’interprétation des résultats expérimentaux et de discuter de leur signification selon des méthodes biens précises (Dalalyan, 2011). Pour toutes les méthodes utilisées, l’intervalle de confiance a été fixée à 95% ce qui revient à dire que le seuil de signification a été de 5%.

Analyse statistique des propriétés physiques

Analyse de la variance

Une analyse de la variance a été effectuée au moyen du logiciel XLSTAT en recourant au modèle linéaire généralisé. Le plan d’échantillonnage adopté correspond donc à un modèle mixte d’analyse de la variance, partiellement hiérarchisé à des critères de classification (Charron, et al., 2003).
Ce test a été utilisé afin de vérifier la différence des propriétés des espèces en fonction des différents variables (densité, retrait) ainsi que pour une comparaison intra-spécifique. Pour chaque paramètre, le test d’ANOVA spécifie la différence entre les moyennes des valeurs mesurées selon la position radiale pour la variabilité intra arbre et selon le facteur « espèce » pour la variabilité interspécifique. Pour explorer la significativité des moyennes entre deux observations, le test de comparaison des moyennes de LSD de Fisher a été effectué. Ce test a été utilisé dans le but de déterminer les groupes qui s’écartent le plus des autres. Dans le cas de cette étude, il s’agit de déterminer les groupes des espècesayant une densité et/ou un retrait qui s’écartent des autres groupes d’espèces.
Si la valeur de p (p-value) est supérieure au seuil de signification, alors l’hypothèse nulle est acceptée et celle de l’alternative est rejetée. Dans ce cas, il n’y a pas de différence significative entre les moyennes des groupes à comparer. Et si la p-value trouvée est inférieure au seuil, alors l’hypothèse nulle est rejetée et celle alternative acceptée. En conclusion, la différence entre les moyennes des groupes àcomparer est significative.

Test de corrélation entre les différents paramètres

Cette analyse consiste à tester la liaison entre des variables quantitatives statistiquement significatives (Rakotomanana, 2012). La corrélation dans le cadre de cette étude a servi à comparer les
paramètres physiques. Une matrice de corrélation permet de mettre en évidence les relations linéaires entre les propriétés (retrait axial, retrait tangentiel, retrait radial, retrait volumique, l’anisotropie, la densité et l’infra densité) pour toutes les espèces.
Ainsi, le coefficient de corrélation de Pearson a été utilisé pour caractériser s’il y a une relation linéaire positive ou négative entre ces paramètres. Ce coefficient varie de [-1 à 1] ; la corrélation est dite négative quand ce coefficient est négatif, dans ce cas les paramètres où les variables varient dans deux sens opposés. Quand le coefficient est positif, la corrélation est dite positive, et les variables à relier tendent à varier dans la même direction. Ici, l’hypothèse nulle stipule l’inexistence de relation entre les paramètres, contrairement à l’hypothèse alternative qui précise l’existence de relation.

Régression linéaire

Le modèle de régression a été utilisé pour analyser la dépendance entre les variables (Gaudoin, 2009) c’est-à-dire si la relation linéaire a un sens. Le principe de la régression linéaire consiste à exprimer sous la forme d’une équation une variable observée dite variable dépendante (dans le cas présent, il s’agit des caractéristiques physiques) en fonction de deux ou de plusieurs variables observées (la distance à la moelle).

Table des matières
REMERCIEMENTS
RESUME
ABSTRACT
FAMINTINANA
GLOSSAIRE DES TERMES
LISTE DES ACRONYMES
TABLE DES MATIÈRES 
LISTE DES TABLEAUX 
LISTE DES FIGURES 
LISTE DES ANNEXES 
I. INTRODUCTION
II. MATERIELS ET METHODES 
II.1 PROBLEMATIQUE
II.2 HYPOTHESES
II.3 MATERIEL
II.3.1 Site d’étude
II.3.1.1 Situation géographique
II.3.1.2 Caractéristiques agroécologiques
Pédologie
Climat
Végétation
II.3.1.3 Milieu humain
Population
Activités
II.3.2 Matériel végétal et échantillonnage .
II.4 DEMARCHE METHODOLOGIQUE
II.4.1 Choix des espèces étudiées
II.4.1 Dimensionnement des éprouvettes et usinages
II.4.2 Méthodes d’essai au laboratoire
II.4.2.1 Mesure des propriétés macroscopiques
Densité et infradensité
Retrait
Pouvoir calorifique
II.4.2.2 Mesure des propriétés microscopiques
a) Réalisation des coupes
Observation des coupes et traitement d’image
II.4.3 Méthode d’analyse statistique
II.4.3.1 Analyse statistique des propriétés physiques
Analyse de la variance
Test de corrélation entre les différents paramètres
Régression linéaire
II.4.3.2 Influence des caractères anatomiques sur les propriétés physiques
II.4.3.3 Mode de prélèvement
II.5 CADRE OPERATOIRE
III. RESULTATS 
III.1 PROPRIETES PHYSIQUES
III.1.1 Densité
III.1.1.1 Données statistiques sur la densité
III.1.1.2 Variabilité interspécifique de la densité
III.1.1.3 Variabilité intra spécifique de la densité du bois
III.1.2 Retrait
III.1.2.1 Caractéristiques des espèces
Rétractabilité totale
Retrait volumique
Anisotropie du bois
III.1.2.2 Variabilité inter et intra spécifique
III.1.3 Liaison entre les propriétés physiques
III.2 PROPRIETE ENERGETIQUE : POUVOIR CALORIFIQUE
III.2.1 Caractéristique énergétique des espèces
III.2.1.1 Données statistiques sur les PCS massique et volumique
III.2.1.2 Variabilité des PCS entre les espèces
III.2.2 Influence de la densité sur le pouvoir calorifique des bois
III.3 PROPRIETES ANATOMIQUES
III.3.1 Caractéristiques anatomiques de chaque espèce
III.3.2 Influence des caractères anatomiques sur les propriétés physiques
IV. DISCUSSIONS 
IV.1 SUR LA METHODOLOGIE
IV.1.1 Choix des bois étudiés
IV.1.2 Lors de l’usinage et travaux au laboratoire
IV.2 SUR LES RESULTATS
IV.2.1 Variabilité intra et interspécifique
IV.2.1.1 Densité des bois
IV.2.1.2 Retrait
IV.2.2 Relations entre les propriétés physiques
IV.2.3 Classement des bois selon les pouvoirs calorifiques
IV.2.4 Effet des pouvoirs calorifiques sur la densité des bois
IV.2.5 Effet des caractères anatomiques sur la densité des bois
IV.2.6 Fabrication des charbons de bois
IV.2.6.1 Espèces charbonnières et densité des bois
IV.2.6.2 Espèces charbonnières des hauts plateaux et du Nord comparées avec celle du Sud
IV.3 COMPARAISON DES PROPRIETES MESUREES AVEC LA BIBLIOGRAPHIE
IV.4 SUR L’UTILISATION DES ARBRES
IV.5 SUR LES HYPOTHESES
V. RECOMMANDATIONS 
V.1 SUR LA METHODOLOGIE
V.2 SUR LES RESULTATS
V.2.1 Utilisations
V.2.2 Perspectives d’avenir
VI. CONCLUSION 
VII. REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES 
VIII. ANNEXES