Effets de l'utilisation d'un débardeur sur deux types de sols forestiers

1996

Date Source: 

Mr. Joseph Nader and Mr. Philippe Meek, researchers at FERIC

Organizer: 

NA

 

Description


La coupe d'arbres en forêt nécessite un outillage considérable et spécialisé. Il y a d'abord l'abbateuse qui coupe les arbres et les dépose par terre. Puis, un débardeur tire les arbres déjà coupés pour les amener vers la route, là où leurs branches seront enlevées par une ébrancheuse. Le débardeur circule sur des sentiers où il doit faire plusieurs allers et retours. Ces sentiers sont aménagés à même le sol plutôt que d'être faits en asphalte ou en gravier. L'utilisation intensive de ces sentiers entraîne souvent la formation d'ornières et un compactage du sol à la surface qui peuvent être dommageables. Dans cette étude, le FERIC (Forest Engineering Research Institute of Canada/Institut canadien de recherches en génie forestier), en collaboration avec l'Université du Québec en Abitibi-Témiscamingue, a étudié les modifications subies par deux types de sol lors de la circulation de débardeurs sur les sentiers de débardage.
 

Le plan expérimental est le suivant. On a étudié deux types de sol: argile et sable. Pour chacun de ces deux sols, trois sentiers où aucune machine n'avait circulé ont été implantés là où quelques semaines plus tôt avait eu lieu une coupe mécanisée avec protection de la regénération. Ces sentiers avaient une longueur de 30 m et une largeur 4,5 m. Sur chaque sentier, le débardeur faisait 15 passages; chaque passage consiste en un déplacement à vide (aller) et un déplacement en charge (retour). Des caractéristiques physiques du sentier ont été mesurées avant le premier passage du débardeur et après un, trois, cinq, sept, onze et quinze passages.
 

Les différentes mesures prises après chacun des passages mentionnés précédemment sont les suivantes. La première est le patinage des roues du débardeur défini comme la moyenne du patinage des quatre roues. Le patinage de chaque roue est fonction du nombre total de tours de la roue et de la vitesse de déplacement. Ces deux dernières quantités ont été déterminées à partir des enregistrements de deux caméras vidéo placées de chaque côté du sentier. Après chaque passage, le débardeur déplace le sol en formant des bourrelets ("bosses'') et des ornières ("creux''). La profondeur des ornières, de même que la surface des matériaux déplacés, sont calculés en prenant la moyenne de ces mesures pour trois coupes (profils) transversales différentes de la façon suivante. Pour chaque coupe, on a mesuré la hauteur du sol (par rapport au niveau du sol avant le premier passage du débardeur) en 20 points sur la largeur de 4,5 m après le passage du débardeur. Pour une ornière, la hauteur est négative alors qu'elle est positive pour un bourrelet. La profondeur des ornières d'une coupe est définie comme étant la valeur absolue de la hauteur minimale parmi les 20 points mesurés. La surface des matériaux déplacés pour la coupe est également calculée comme une fonction de la valeur absolue des 20 hauteurs. Trois autres caractéristiques des sols ont été mesurées après chacun des passages ci-haut mentionnés. La densité anhydre du sol est considérée comme un indice du compactage du sol. Elle a été mesurée à l'aide d'un appareil à 10, 20 et 30 cm de profondeur sous les ornières; seulement les mesures à 10 cm seront utilisées. De plus, la résistance à la pénétration (c'est-à-dire la force qu'on doit exercer pour faire pénétrer une aiguille dans le sol) et la limite de résistance au cisaillement (la force maximale qui doit être appliquée pour provoquer un mouvement libre du sol) sont deux autres paramètres mesurés dans les modèles de prédiction de l'effet du traffic sur les sols. La résistance à la pénétration est calculée en prenant la moyenne des pressions exercées à 5, 10, 15, 20, 25 et 30 cm de profondeur dans le sol minéral, mais seulement la mesure à 5 cm sera étudiée. La limite de résistance au cisaillement dans les ornières est la moyenne de 10 lectures d'un scissomètre, un appareil muni d'ailettes enfoncées à environ 10 cm dans le sol minéral.
 

Des analyses préliminaires des chercheurs ont consisté en des analyses de régression linéaire individuelles pour chaque variable dépendante (profondeur des ornières, surface des matériaux déplacés et densité du sol après le passage) avec sélection de modèle. Des analyses séparées ont été faites pour les sols en argile et en sable. Notez que pour la densité du sol après le passage, la densité du sol avant le passage n'a pas été utilisée comme prédicteur afin d'éviter une trop grande colinéarité. Des transformations de variables ont été considérées. En particulier, dans le cas des sables on a utilisé la différence de profondeur d'ornières plutôt que la profondeur elle-même car on n'a pas pu trouver de modèle satisfaisant pour cette variable.
 

Les chercheurs voudraient toutefois aller plus loin. Les analyses précédentes font l'hypothèse que les erreurs du modèle de régression associées à chaque passage sont indépendantes. Serait-il préférable de considérer un modèle où il y aurait de la corrélation entre les observations d'un même sentier? De plus, plusieurs des prédicteurs ont été obtenus par interpolation et ces interpolations sont fonction de mesures qui ne sont pas disponibles avant la prédiction. Pourrait-on faire mieux en travaillant uniquement avec les variables mesurées directement et qui sont disponibles avant de faire la prédiction? Est-ce que l'utilisation de méthodes d'ajustement non paramétrique serait préférable? Quels sont les meilleurs modèles pour prédire le comportement de la profondeur des ornières, la surface des matériaux déplacés et la densité du sol après le passage?
 

Nous tenons à remercier Messieurs Joseph Nader et Philippe Meek, chercheurs au FERIC pour leur collaboration et leur gentillesse de nous offrir ce jeu de données pour l'étude de cas du congrès de la SSC.
 

Research Question: 

L'objectif de cette étude est de construire des modèles de prédiction pour les variables décrivant la modification des sols en fonction des autres variables. On veut donc expliquer la profondeur des ornières, la surface des matériaux déplacés et la densité, toutes mesurées après le passage en fonction de la densité du sol avant le passage, la résistance à la pénétration avant le passage, le patinage, le nombre de passages du débardeur et la limite de résistance au cisaillement avant le passage. Notez que les mesures étant prises après le passage des débardeurs, les mesures avant le passage (densité, résistance à la pénétration et résistance au cisaillement) sont obtenues par interpolation par rapport aux passages précédents (sauf pour le premier passage pour lequel nous avons également les mesures avant le passage). On a utilisé deux débardeurs différents pour les sentiers de sable et d'argile.
 

Variables: 

Le jeu de données tel qu'il nous a été fourni contient 36 cas avec 13 variables, soit six passages (1, 3, 5, 7, 11 et 15) pour chacun de trois sentiers et deux types de sols. Chaque cas correspond aux mesures (ou interpolations) obtenues avant ou après un passage du débardeur sur un sentier. Les variables sont:

  1. piste: numéro de sentier;
  2. sol: 1 pour sable et 2 pour argile;
  3. passage: nombre cumulatif de passages sur le sentier (incluant celui-ci);
  4. slip.moyen: patinage moyen durant le passage;
  5. cisaju: résistance au cisaillement avant le passage (estimée par interpolation);
  6. pen5aju: résistance à la pénétration à 5 cm avant le passage (estimée par interpolation);
  7. orniere: profondeur maximale des ornières après le passage;
  8. surtot: surface des matériaux déplacés après le passage;
  9. densite: densité mesurée après le passage;
  10. denaju: densité avant le passage (estimée par interpolation);
  11. diffden: différence entre les densités après les passages, ajustée par le nombre de passages;
  12. diffprof: différence entre les profondeurs des ornières, ajustée par le nombre de passages;
  13. diffsurtot: différence entre les surfaces des matériaux déplacés, ajustée par le nombre de passages.

Notez que les trois variables mesurant une différence sont ajustées en fonction du nombre de passages entre les deux mesures. Par exemple, la différence après le troisième passage est la mesure du troisième passage moins celle du premier divisé par deux, alors que celle après le onzième passage est la mesure du onzième passage moins celle du septième divisée par quatre. Le même genre d'ajustement est effectué pour les interpolations.
 

Data Files: