Báo cáo lâm nghiệp: "microdensitométrique appliquée au bois méthode de traitement des données utilisée à l’Inra-ERQB (programme Cerd)"

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Article original Analyse microdensitométrique appliquée au bois : méthode de traitement des données utilisée à l’Inra-ERQB (programme Cerd) Frédéric Mothe Gilles Duchanois b a Bruno Zannier Jean-Michel Leban a a Équipe a de recherches sur la qualité des bois, Inra, 54280 Champenoux, France École b nationale supérieure des technologies et industries du bois, Épinal, France du Merle-blanc, 88000 22, rue (Reçu le 5 août 1996 ; révisé le 10 décembre 1996 ; accepté le 27 août 1997) Abstract - Microdensitometric analysis of wood samples: data computation method used at Inra-ERQB (CERD program). The procedure used at Inra for computing data derived from the microdensitometric analysis of a wood sample is described and discussed. The initial data are in the form of one or several radial density profiles. The first step of the treatment, which is the most time consuming and the only one requiring manual intervention, consists in locating the annual ring limits on each profile of each ring. The intermediate data - which can be corrected using an independent measurement of density (ratio weight/volume of the whole sample) - are then com- puted for each ring profile. Finally, each ring is described by several ’synthetic’ values: the ring width, the mean density, the minimal and maximal density, the earlywood and latewood widths and ratios, and a set of density values (named ’quantiles’) describing the shape of the ring profile. (© Inra/Elsevier, Paris.) wood / methods / X-ray densitomety / ring width / wood density Résumé - Le traitement des données obtenues par l’analyse microdensitométrique d’éprou- vettes en bois tel qu’il est pratiqué à l’Inra est détaillé et discuté. Les données initiales se présentent sous la forme d’un ou plusieurs profils de densité radiaux. La première étape du traitement, la plus longue et la seule à nécessiter une intervention manuelle, consiste à indiquer la position des limites de chaque cerne sur chaque profil. Des données intermédiaires - éventuellement corrigées par une mesure indépendante de densité de contrôle (rapport poids / volume de l’éprouvette) - sont ensuite calculées sur chaque profil de cerne pour servir de base à la suite du traitement. Chaque cerne est finalement décrit par des variables « synthétiques » : sa largeur, les densités moyenne, minimale et maximale, les largeurs, proportions et densités des bois initial et final ainsi qu’une * Correspondance et tirés à part Courriel : mothe@nancy.inra.fr
« quantiles ») permettant de recons- série de densités moyennes de fraction de cernes (appelées tituer le profil simplifié du cerne. (© Inra/Elsevier, Paris.) microdensitométrique / largeur de cerne / densité du bois bois / méthodes / analyse male à l’axe radial. Une cartographie com- 1. INTRODUCTION plète de la densité (ce qui équivaut à un grand nombre de profils parallèles) peut radiographie d’une éprouvette La être réalisée avec des microdensitomètres d’épaisseur uniforme permet de visuali- récents ou d’autres procédés de numéri- les variations locales de densité. L’ana- ser sation d’image. lyse microdensitométrique permet ensuite de quantifier les variations de noircisse- Quel que soit le nombre de profils ment sous forme de profils de densité. radiaux enregistrés, une remise en forme Cette technique, avec des variantes concer- des données est nécessaire, d’une part pour le rayonnement (X ou bêta) et la tech- nant réduire la quantité d’information à traiter, nique de numérisation (numérisation mais surtout pour homogénéiser le format directe, microdensitométrie ou analyse des données. En effet, chaque cerne est d’image) est appliquée au matériau bois représenté dans chaque profil par un depuis les travaux de Cameron et al [2] et nombre de mesures variable selon l’écar- Polge [12], aussi bien en dendrochrono- tement entre les limites du cerne. Il n’est logie ou dendroclimatologie que pour éva- pas évident, par exemple, de calculer le luer l’aptitude du bois à la mise en oeuvre. profil de cerne moyen sur des données aussi hétérogènes. Les données se présentent usuellement la forme d’un profil radial de densité Nous décrivons ici la démarche qui a sous obtenu par l’irradiation dans la direction l’Équipe de recherches sur été adoptée par axiale ou tangentielle d’éprouvettes de la qualité des bois de l’Inra pour traiter ce fine épaisseur. Ce profil est ensuite divisé type de données, depuis la délimitation de façon à isoler chaque accroissement des cernes sur chaque profil, le « prétrai- annuel que l’on essaie de caractériser par tement » destiné à homogénéiser les pro- certain nombre de critères synthétiques fils de cerne, jusqu’au calcul des variables un et conventionnels, tels que la moyenne, le synthétisant les informations recueillies minimum et le maximum de densité. sur chaque cerne annuel. Pour qu’un profil radial soit représen- tatif du cerne dans l’arbre (ou dans DÉLIMITATION DES CERNES 2. l’éprouvette), il faut admettre que la den- sité varie peu dans les directions longitu- La première étape du traitement de don- dinale et tangentielle. Comme la variabi- nées microdensitométriques consiste à lité tangentielle est loin d’être négligeable déterminer la position radiale des limites pour certaines essences, telles que le chêne, l’acquisition et le traitement de plu- de cernes annuels sur chacun des profils. Dans les cas les plus simples (bois rési- sieurs profils radiaux parallèles est par- neux dépourvu de faux cernes ou de cernes fois indispensable. La collecte de données manquants), cette opération peut être réa- sur plusieurs rayons permet également d’obtenir des informations sur la forme lisée automatiquement en quelques des limites de cernes, notamment leur secondes. Elle devient l’étape la plus longue et la plus fastidieuse de la chaîne de angle d’inclinaison par rapport à la nor-
lorsque les limites de cernes sont notation par la figure 2, la présentée mesure peu marquées ou que la forme des profils S2 indique la présence séquence I1, S1, I2, est trop changeante pour que la procédure d’une limite sur la pente descendante Max automatique donne des résultats fiables. Min. Celle-ci est normalement placée à - L’opérateur doit alors s’aider de la radio- l’endroit où la pente est la plus forte entre graphie ou observer l’éprouvette pour Max et Min pour les conifères, Sd et I2 valider rectifier manuellement, ou cerne pour le chêne 1 . après cerne, le choix proposé par la pro- cédure automatique (figure 1). Plutôt que de fixer les seuils DSup et DInf à des valeurs constantes qu’il fau- Pour détecter les limites de cernes, la drait fréquemment réajuster, nous avons procédure automatique se base sur les choisi de les adapter aux caractéristiques points d’intersection des profils avec deux seuils de densité (DSup et DInf). Selon la locales du profil : 1 chêne réclame un traitement particulier car le maximum de densité apparaît souvent au Le début de la zone de bois final en raison de la forme triangulaire des plages de fibres denses. Pour éviter que la limite ne soit placée trop en amont de la courbe, il est nécessaire d’éliminer la partie haute du versant décroissant de densité (figure 2).
saire de lisser la courbe (par moyennes flottantes) avant de lancer la procédure pour faciliter la détection des limites de cernes. sont deux para- où pMin pMax et mètres, normalement compris entre 0 et Les paramètres pMin, pMax et LFen 1, qui définissent la « sévérité » de la doivent être ajustés à chaque jeu de don- détection. Leur valeur doit être d’autant nées pour que la détection automatique plus forte que la densité est susceptible de des limites fonctionne efficacement. fluctuer, respectivement dans le bois initial L’algorithme est cependant suffisamment et le bois final, DMoy, DMin et DMax » pour que des valeurs approxi- « robuste sont les moyennes et extrêmes de densité matives conviennent dans la plupart des mesurés localement sur une fenêtre dont la (tableau I). cas longueur - de l’ordre de quelques largeur principal défaut de cette méthode, Le de cernes - est fixée par le paramètre qui explique son manque d’efficacité pour LFen. les bois à forte hétérogénéité tangentielle Dans un bois peu hétérogène comme comme le chêne, est de considérer chaque le peuplier ou le hêtre, il peut être néces- profil isolément sans tenir compte des
les seules finalement fils d’origine, informations disponibles sur les profils sont dans la plupart voisins. Un perfectionnement de la pro- conservées et exploitées cédure avec des techniques inspirées de des études. l’analyse d’image est maintenant envi- Les données suivantes sont calculées sagé. chaque profil ’p’ de chaque cerne ’a’ : sur la densité moyenne des ’M’ ap DMoy : comprises entre les deux limites mesures 3. CALCUL DES DONNÉES DE encadrant le cerne (limites ’a’ inclue et BASE SUR CHAQUE PROFIL ’a+1’ exclue). DE CERNE Lgc la largeur du cde ’M’obtenue sim- ap: erne, le de le plement par produit par pas Lorsque les limites de cernes ont été déplacement radial (en général, 24 μm). localisées sur chaque profil, il devient pos- sible de ramener le volumineux fichier des DMin et DMax les densités minimale ap ap : données brutes à quelques séries de et maximale des ’M’ mesures. variables descriptives des cernes chrono- DMin52et mesures lesla densité moyenne ap 0 DMax5 ap : logiquement ordonnées. Un premier jeu faibles et les des M / plus de données de base concerne chaque cerne plus fortes du cerne (indépendamment de de chaque profil ; dans un deuxième l’ordre des mesures). temps, des variables dites « synthétiques » Dq à Dq un nombre ’Q’ de densi- sont calculées pour décrire l’ensemble des ap1 apQ : 2 » reconsti- données recueillies sur un cerne. Ces don- tés moyennes de « quantiles nées synthétiques, qui permettent de tuant la forme du profil découpé en ’Q’ parts égales. Ce découpage permet de reconstituer de façon simplifiée les pro- 2 Lenombre de quantiles ’Q’ ayant été fixé arbitrairement à 20 dans les études réalisées jusqu’ici dans notre laboratoire, le terme « vingtile » est couramment employé pour les désigner.
4. CORRECTION PAR LA le nombre de mesures ’M’, ramener DENSITÉ GRAVIMÉTRIQUE variable et souvent important (par DE CONTROLE exemple, M 104 pour un cerne de = 2,5 mm avec un pas radial de 24 μm), à un nombre fixe ’Q’ (en général 20), indé- Ce traitement, qui est réalisé option- pendant de la largeur de cernes. nellement à la demande de l’utilisateur, est destiné à remédier en partie aux erreurs À noter que, le rapport M / Q n’étant de mesure liées à la technique d’analyse de radiographies aux rayons X. généralement pas entier, les densités des pas de mesures chevauchant une frontière Pour une longueur d’onde donnée, le entre deux quantiles sont réparties équi- noircissement d’une radiographie dépend tablement de façon à ce que la moyenne essentiellement de la composition ato- des Q quantiles soit égale à DMoy (aux mique et de l’épaisseur du matériau irradié. erreurs d’arrondi près), et que, lorsque le On admet généralement que la composi- nombre de mesures ’M’ est inférieur à tion atomique du bois est invariable ce , 3 ’Q’,chaque donnée est simplement répé- qui permet d’étalonner les radiographies tée un nombre de fois k égal à la partie en irradiant avec les éprouvettes une cale (Q/M) + 1. Le calcul est alors entière de usinée dans un matériau synthétique (sou- effectué sur ce nouveau nombre de don- vent à base cellulosique) dont la compo- néesk* M qui est bien supérieur à Q. Cet sition atomique est connue. artifice n’empêche pas les quantiles cal- Bien entendu, le bois présente en réalité culés sur un cerne très étroit de présen- certaine variabilité dans sa composi- escalier ». aspect discontinu une ter un en « tion chimique; il intègre des éléments minéraux et divers composants extrac- À moins d’employer un nombre de tibles en quantité souvent non négligeable. quantiles élevé, la forme du profil resti- Ceci se traduit par une erreur de mesure tuée de cette façon ne reflète qu’impar- sur la densité estimée par microdensito- faitement les détails du profil réel. métrie. L’analyse de ces erreurs [1] montre L’amplitude des variations de densité est que leur gravité dépend souvent de l’arbre notablement sous-estimée (figure 3). Des ou de l’essence considérés, ce qui laisse des travaux sont en cours pour rechercher espérer qu’une correction globale des modèles numériques qui permettraient éprouvette (en négligeant mesures sur une d’améliorer la fidélité de la reconstitution donc les variations éventuelles du facteur tout en réduisant le nombre de paramètres correctif internes à l’éprouvette) pourrait à conserver (Rozenberg et al., soumis aux être efficace. ASF). Lorsque la géométrie de l’éprouvette s’y prête, une mesure indépendante de sa Dans la suite du traitement, il ne sera densité globale par une méthode gravi- plus fait appel aux données d’origine : les métrique (mesure de masse et de volume) calculs ultérieurs se basent uniquement permet de corriger une partie de l’erreur de sur ces données décrivant chaque profil mesure. Chaque valeur de densité estimée de cerne. 3 Les hypothèses de Polge [12], qui sont à la base de l’application au bois de la technique micro- densitométrique, sont les suivantes : le bois comprend 70 % d’hémicelluloses et 30 % de lignine, chacun ayant une formule chimique fixe, ce qui permet de calculer la composition atomique du bois (49,1 % de carbone, 6 % d’hydrogène et 44,9 % d’oxygène).
par microdensitométrie effectuant des moyennes de (DMes) profils par est rem- placée par : quantile (figure 4). 6. ESTIMATION DE L’ANGLE D’INCLINAISON DES LIMITES où DMoy est la moyenne des densités E mesurées sur l’éprouvette par microden- sitométrie (en éliminant s’il y a lieu le Dans le plan transverse, l’inclinaison fond de la radiographie aux deux extré- d’une limite de cerne peut être définie par mités), DGra est la densité de contrôle E l’angle entre la tangente à la limite et la gravimétrique. normale à la direction radiale (que l’on suppose coïncider avec l’axe principal des En pratique, il n’est pas utile de corriger profils). Une limite de cerne parfaitement tous les points de mesure; le calcul est tangentielle se caractérise ainsi par un effectué seulement sur les données de base angle d’inclinaison nul. (DMoy DMin DMax et les densi- ,, ap ap ap tés de quantiles). Par souci de simplification, nous avons choisi de calculer, pour chaque cerne, un seul angle moyen (AngLim censé reflé- ), a 5. RECONSTITUTION DU CERNE ter l’inclinaison moyenne des deux limites SYNTHÉTIQUE MOYEN « » encadrant le cerne d’âge ’a’. On admet donc que ces deux limites sont globale- Chacun des ’P’ profils de cerne étant ment rectilignes (hypothèse raisonnable décrit par ’Q’ quantiles de densité, le pro- dans la mesure où la dimension tangen- fil radial moyen peut être reconstitué en tielle n’est pas trop élevée) et parallèles
Cette information est particulièrement (ce qui n’empêche pas l’angle moyen utile lorsque plusieurs éprouvettes radiales d’évoluer d’un cerne à l’autre). ont été prélevées sur la circonférence : la L’angle moyen AngLim est estimé par a moyenne sur la circonférence des largeurs la pente de la droite de régression de la d’un cerne d’âge donné donne ainsi une coordonnée tangentielle sur la coordon- bonne estimation de l’accroissement radial née radiale établie sur les positions des de l’arbre pour l’année considérée. limites dans chaque profil. Afin de Mais lorsque l’on recherche une indi- s’affranchir de la largeur de cerne, l’ajus- cation sur la production ligneuse locale, tement est effectué sur les coordonnées ce qui est implicitement le cas dans les radiales centrées sur la moyenne des deux études sur la variabilité intra-arbre des limites encadrant le cerne. Ce changement propriétés du bois, cette valeur moyenne de variable permet en particulier d’utili- s’avère inadaptée : la largeur de l’accrois- ser l’écart-type résiduel pour évaluer la sement annuel sera en effet surestimée qualité de l’ajustement et détecter d’éven- lorsque l’inclinaison des cernes est impor- tuelles anomalies. tante. Cette donnée est utilisée dans le calcul Pour éviter ce biais, on définit usuel- de la largeur de cerne détaillé ci-dessous. lement en tout point de l’arbre un repère local RTL relatif aux limites de cernes et à l’angle du fil au voisinage du point consi- 7. CALCUL DE LA LARGEUR déré. Le protocole que nous utilisons ne DE CERNE permet d’avoir aucune information sur l’angle du fil ; en revanche il est facile de l’hypothèse où l’éprouvette ana- Dans tenir compte de l’angle d’inclinaison des été découpée de façon parfaite- lysée a cernes de façon à faire évoluer l’axe radial ment radiale, la largeur de cerne peut être d’un cerne à l’autre. La largeur corrigée définie comme la distance moyenne sépa- est ainsi la distance orthogonale entre les deux limites de rant cerne : deux limites du cerne (figure 5) : où AngLim est l’angle d’inclinaison a moyen des limites du cerne ’a’. où P est le nombre de profils analysés.
largeurs de cernes sont toujours recherche de la densité de quantile maxi- Les - corrigées dans le sens d’une réduction. La male dans le cerne (DqMax) ; somme radiale de toutes les largeurs de localisation du quantile QMin de den- - cernes corrigées peut être sensiblement sité DqMin minimale dans le cerne ; inférieure à la longueur totale de l’éprou- choix d’un seuil arbitraire de densité vette. - (DTran) compris DqMax et entre DqMin : 8. LOCALISATION DE LA TRANSITION BOIS INITIAL - BOIS FINAL βx est une constante ajustable entre 0 et où (βx 0,5 par défaut) ; 1 = La distinction entre bois initial et bois localisation du quantile QMax de densité - final est particulièrement utile pour décrire maximale compris entre QMin et le der- simplement l’anatomie d’un bois dans un nier quantile 4 ; but de modélisation (modèles mécaniques localisation du premier quantile basés sur la théorie des matériaux multi- - (QTranS) dont la densité est supérieure à couches par exemple). DTran, compris entre QMin et QMax La convention que nous avons adoptée (QTran est pris égal à QMax si cette condi- pour tracer une limite arbitraire entre bois tion n’est jamais vérifiée) ; initial et bois final dans le cerne est basée uniquement sur la forme du profil densi- interpolation linéaire entre les densités - tométrique synthétique (représenté par les des quantiles QTranS-1 et QTranS pour quantiles). La délimitation est ici réalisée trouver la position radiale dans le cerne sans intervention de l’utilisateur, selon PosTran du point d’intersection avec le l’algorithme suivant (figure 6) : seuil de densité DTran. Ce point d’inter- 4 densité du quantile QMax peut éventuellement être inférieure à la densité maximale DqMax La lorsque le maximum de densité du cerne précède le minimum (ce qui reste exceptionnel).
réalisée par Sciama [13] et Mothe et al. section est supposé correspondre à la tran- [9] Lorsque DTran est pris égal à la sition entre bois initial et bois final. moyenne du minimum et du maximum du Le nombre sans dimension PosTran 0,5, valeur par défaut), la cerne (βx = variant entre1 et Q, les fractions de bois microdensitométrie sous-estime d’envi- initial et final (de 0 à 1) sont estimées de la ron 20 % la largeur du bois initial. Une façon suivante : bien meilleure estimation est obtenue pour βx 0,80 (R 0,85, erreur d’estimation 2 = = inférieure à 3 %). Ces fractions sont utilisées pour calculer les largeurs de bois initial et final (voir ci- DONNÉES 9. CALCUL DES dessous) ainsi que la proportion de bois SYNTHÉTIQUES MOYENNES final (ou texture) exprimée en PAR CERNE pourcentage de la largeur de cerne = ). aa (PpBf 100.fBf Outre la largeur de cerne, les quantiles Étant donné le mode de calcul des frac- moyens et les proportions de bois initial tions fBi et fBf, un cerne comprendra tou- et final, chaque cerne est finalement décrit jours au minimum un demi-quantile de par les valeurs suivantes : bois initial et de bois final. les densités moyenne, minimale et maxi- - aussi La procédure peut s’appliquer male sont simplement les moyennes des bien aux quantiles de chaque profil qu’aux densités correspondantes calculées sur moyennes de quantiles composant le pro- chacun des profils, fil « synthétique ». Cette dernière solution les largeurs de bois initial et final sont - semble néanmoins donner des résultats déduites de la largeur de cerne et des frac- plus fiables dans un bois caractérisé par tions de BI et BF. une forte variabilité tangentielle comme le chêne. La position de la transition BI/BF déter- minée par cette méthode correspond en Lgc LgcCor si l’on souhaite cor- où aa , général assez bien à la limite que place- = riger les largeurs par l’angle d’inclinaison rait subjectivement un observateur en des limites Lgc LgcMoy dans le cas , 5a a examinant le profil. Étant donné son carac- , = contraire. tère arbitraire, elle a toutefois peu de chance d’être identique à la limite « ana- Pour des raisons pratiques de simpli- tomique » déterminée par des méthodes cité et de rapidité du traitement, le calcul conventionnelles (critère de Mork pour des densités de bois initial et final n’est des résineux, fin de la zone de gros vais- pas effectué sur les données brutes mais seaux pour le chêne, etc.). sur les ’Q’ quantiles du cerne synthétique. La densité des bois initial et final est la L’ajustement du paramètre βx permet moyenne des quantiles de part et d’autre d’améliorer la concordance entre les de la position de la transition BI/BF, la méthodes « anatomiques » et « densito- densité du quantile intermédiaire (celui métriques ». Ce travail n’a encore été dans lequel est inclue la transition) étant effectué que sur le chêne rouvre, à l’occa- répartie de façon appropriée : sion d’une étude anatomique approfondie 5 paragraphes 6 et 7. Selon la procédure décrite aux
les points la procédure et communs avec décrite dans article. cet où QTran est le quantile dans lequel est 11.1. Délimitation des cernes localisé la transition (soit la partie entière de PosTran), PqBi est la fraction du quan- La détection des limites de cerne est tile QTran attribuée au bois initial. ( PqBi basée sur un seuil de densité souvent = (PosTran - QTran) / Q ). caractéristique au delà duquel on admet être toujours dans du bois final [8, 10] avec parfois un test sur la pente du profil [3, 6, 11 ] et une largeur minimale du cerne 10. RECONSTITUTION [7]. Quelle que soit la méthode de détec- DU PROFIL RADIAL MOYEN tion employée, tous ces sytèmes prévoient prudemment une procédure de correction Le profil moyen est notamment utilisé manuelle permettant d’ajouter une limite pour représenter graphiquement les don- non détectée ou de retirer un faux cerne. nées mesurées avec des logiciels com- merciaux qui refusent le tracé des milliers de points que comprennent les courbes 11.2. Correction de la densité densitométriques usuelles. Il est obtenu en plaçant bout à bout tous les quantiles de Des écarts systématiques de densité cernes calculés sur l’éprouvette, en asso- ayant été observés entre densités mesu- ciant à chaque densité de quantile sa coor- rées par microdensitométrie et par gravi- donnée radiale relative au début de l’éprouvette. À toutes fins utiles, le fichier métrie, Lenz et al, 1976 rectifient les don- nées de microdensité à l’aide d’un comprend également des informations sur coefficient équivalent au RMC décrit au la localisation de chaque quantile (bois paragraphe 4. Ce coefficient n’est pas initial, bois final, limite de cerne ou tran- ajusté à chaque éprouvette mais fixé pour sition). une essence donnée. 11. COMPARAISON SOMMAIRE 11.3. Correction des largeurs de AVEC QUELQUES cerne par l’angle d’inclinaison MÉTHODES UTILISÉES DANS des limites D’AUTRES LABORATOIRES Dans le système décrit par Parker et al. Une étude comparative des méthodo- [10], l’orientation préférentielle des limites logies adoptées par 20 laboratoires exploi- de cernes peut être indiquée par l’opérateur tant des données microdensitométriques au moment de la numérisation. La largeur relativesau bois a été commencée en 1994 de cerne est alors corrigée pour représen- I.D. Campbell (résultats à paraître). par ter la distance orthogonale entre deux Nous ne nous référons ci-après qu’à limites (cf paragraphe 7). quelques publications (souvent anciennes) décrivant d’autres systèmes de traitement Certains appareils [7, 8] sont munis (y compris le système décrit par Ferrand d’un dispositif permettant de réorienter la [5] et Perrin et Ferrand [11] utilisé dans fenêtre de mesure pour l’aligner sur les notre laboratoire jusqu’en 1990 environ) limites de cerne (fente tournante). L’appa- souligner les principales différences reil à numérisation directe de Jonsson et al. pour
analyse critique des cri- Ferrand [5] après [7] effectue ce travail automatiquement : tères existants. lorsqu’une limite de cerne est détectée, l’appareil revient de quelques pas en arriére et répète plusieurs fois l’acquisi- 11.5. Densitométrie tion avec des orientations différentes de par analyse d’image la fenêtre. Seul le passage offrant le plus fort contraste de densité est conservé mais Les sytèmes modernes WinDendro et l’angle correspondant n’est apparemment MacDendro (de Regent Instruments Inc., pas utilisé pour corriger la largeur de décrits par Guay et al. [6]) et Dendro 2003 cerne. (de Walesch Electronic) permettent de de Perrin et Ferrand Avec le système numériser entièrement les images radio- [11]le problème de l’inclinaison des graphiques et d’appliquer des techniques était résolu au moment de la prise cernes d’analyse d’image pour faciliter la détec- des mesures : l’opérateur devait rectifier en tion des limites de cerne. Le traitement permanence l’orientation de la radiogra- ultérieur reste néanmoins très proche des phie de façon à ce que la fenêtre d’explo- techniques traditionnelles puisqu’il revient ration reste parfaitement parallèle aux à simuler le comportement d’un micro- limites de cerne. Cette manoeuvre, qui densitomètre : une fenêtre de mesure vir- nécessitait une attention constante de tuelle, allongée tangentiellement, décrit l’opérateur, était une source d’erreur non une trajectoire radiale, permettant ainsi de négligeable et allongeait considérablement reconstituer un profil en moyennant les le temps de mesure. pixels inclus dans chaque fenêtre. La rela- tion entre densité du bois et niveau de gris de l’image n’étant pas linéaire, cette synthétiques calculées 11.4. Données méthode à l’avantage de donner une chaque cerne sur meilleure estimation de la densité moyenne dans les fenêtres incluant à la Les données calculées chaque cerne sur fois des zones à forte densité et à faible sont très similaires à celles que nous pré- densité (sous réserve que cette moyenne sentons au paragraphe 9 : densité et lar- soit calculée sur les densités de chaque geur du cerne, du bois initial et du bois pixel et non sur leur niveau de gris). La final, densités minimale et maximale. La technique de la fente tournante est elle limite entre bois initial et final dans le aussi simulée par la réorientation de la (transition) est en général placée à un cerne fenêtre virtuelle de façon à obtenir le niveau de densité fixe pour une essence meilleur contraste possible au niveau des donnée [3, 10]. Une représentation sim- limites de cernes. En définitive, le profil plifiée du cerne sous forme de quantiles moyen obtenu par ces techniques est pro- est mentionnée par Parker et al. [10] (100 bablement très proche de celui que nous quantiles), Ferrand [5] et Cown et Cle- obtiendrions en considérant les lignes de ment [3] (20 quantiles). Plus ancienne- pixels comme des profils parallèles et en ment, Echols [4] (in Ferrand [3]) caracté- leur appliquant la méthode décrite précé- risait le cerne par les proportions de la demment. largeur du cerne comprises entre des niveaux fixes de densité. L’hétérogénéité de densité dans le cerne est en général 12. CONCLUSION exprimée par la différence entre les den- sités maximale et minimale ou par des cri- La procédure de traitement des don- tères plus sophistiqués tels que l’écart- nées microdensitométriques décrite ici est type des densités de quantile proposé par
maintenant employée depuis plusieurs Cameron J.F., Berry P.F., Phillips E.W.J., [2] The determination of wood density using beta années dans notre laboratoire. Rapide et rays, Holzforschung, 13 (3) (1959) 78-84. peu onéreuse, la méthode actuelle s’avère [3] Cown D.J., Clement B.C., A wood densito- parfaitement adaptée à l’analyse de la plu- meter using direct scanning with X-rays, part des bois résineux tempérés. Elle paraît Wood Sci. Tecnol. 17 (1983) 91-99. moins efficace pour des bois à cernes Echols R.M., Patterns of wood density dis- [4] tributions and growth rate in Ponderosa Pine, annuels peu différentiés ou à forte hété- Proceedings of the Symposium on the Effect rogénéité tangentielle bien qu’elle ait déjà of Growth Acceleration on the Properties of été utilisée avec succès sur du chêne ou Wood, Forest Products Laboratory, Madison, 1972. du peuplier. Ferrand J.C., Réflexions sur la densité du [5] En comparaison avec les logiciels com- bois. 2 partie, Calcul de la densité et de son e hétérogénéité, Holzforschung 36 (3) (1982) merciaux qui sont parfois fournis avec les 153-157. chaînes modernes d’acquisition de don- [6] Guay R., Gagnon R., Morin H., A new auto- nées microdensitométriques, le principal matic and interactive tree ring measure- avantage de cette méthode est sa souplesse ment system based on a line scan camera, The Forestry Chronicle 68 (1) (1992) d’adaptation : les programmes peuvent 138-141. être modifiés à volonté pour intégrer aux Jonsson B., Dissing E., Pernestål K. [7] résultats finaux des informations nouvelles A high resolution and high speed annual ring concernant par exemple la variabilité tan- analyser with automatic angle aligne- gentielle de la densité dans le cerne. ment. Swedish University of Agricultural Sciences, Department of Biometry and Forest Le point faible de la procédure actuelle Management, Report 19, 1990, 37 p. est sa phase initiale, peu conviviale, et qui Lenz O., Schär E., Schweingruber F.H., [8] Methodische Probleme bei der radiogra- reste orientée vers le traitement de profils phisch-densitometrischen Bestimmung der densitométriques radiaux plutôt que vers Dichte und der Jahrringbreiten von Holz, de véritables images bidimensionnelles de Holzforschung 30 (4) (1976) 114-123. densité. L’intervention manuelle, néces- Mothe F., Sciama D., Leban J.M., Nep- [9] veu G. Localisation de la transition bois ini- saire dans la majorité des cas pour locali- tial - bois final dans un cerne de chêne ser les limites de cernes ne pourrait être par analyse microdensitométrique, Ann. Sci. répétée dans sa forme actuelle sur les cen- For. 55 (1998) (sous-presse). taines de lignes de pixels que peut conte- Parker M.L., Bruce R.D., Jozsa L.A., X-ray [10] nir une image numérisée par un scanner densitometry of wood at the W.F.P.L., Forin- tek Canada Corp., Western Forest Pro- ou une caméra. Une exploitation plus ducts Laboratory, Technical Report 10, 1980, rationnelle des données, inspirée des 18 p. méthodes d’analyse d’image, fait mainte- Perrin et Ferrand., Automatisation des [11] nant partie des objectifs prioritaires pour mesures sur carottes de sondage de la den- sité du bois, de son retrait et des contraintes de faciliter la détection et le contrôle des croissance, Ann. Sci. For. 41 (1) (1984) limites de cernes dans les bois à structure 69-86. anatomique complexe. Polge H., Établissement des courbes de varia- [12] tion de la densité du bois par exploration den- sitométrique de radiographies d’échan- tillons prélevés à la tarière sur des arbres RÉFÉRENCES vivants - Applications dansles domaines tech- nologique et physiologique, thèse de docto- rat, université de Nancy-1, Champenoux, Bouchot L., Recherche des causes pouvant [1] 1966, 215 p. expliquer les écarts systématiques obser- vés entre la densité mesurée par explora- Sciama D., Estimation de la proportion et de [13] tion microdensitométrique de clichés radio- la répartition des tissus d’un cerne de chêne graphiques d’échantillons de bois et la densité sessile (Quercus petraea Liebl.) à partir de mesurée par méthode gravimétrique conven- la connaissance des densités et largeurs tionnelle, maîtrise de biologie végétale, uni- de bois initial de bois final, D.E.A, et son son versité de Nancy-I, Inra, 1994, 55 p. Engref - Inra, 1995, 30 p.