Les programmes d’amélioration génétique visent la sélection d’arbres supérieurs qui serviront à établir des plantations de haute productivité adaptées aux conditions climatiques actuelles et futures. Or, les conditions climatiques futures seront vraisemblablement différentes des conditions actuelles. En effet, selon le scénario d’émission A1B, défini par le Groupe d’experts intergouvernemental sur l’évolution du climat (GIEC), la concentration atmosphérique en CO2 pourrait doubler à 760 ppm d’ici 2100 et, au Canada, la température moyenne pourrait augmenter de 4,3 °C (GIEC 2007). À cet égard, les programmes de reboisement devraient tenir compte de ces changements climatiques en évaluant les réponses morpho-physiologiques des différentes sources génétiques de semences vis-à-vis des principales variables environnementales (CO2 et température) et de leur interaction. Dans une expérience en conditions contrôlées (température, CO2, humidité relative, lumière, photopériode, etc.), des plants d’épinette blanche, représentant les meilleures familles biparentales identifiées par le programme d’amélioration génétique du Québec, ont été soumis à une combinaison de deux régimes de températures (actuelles vs. futures prédites) et de deux régimes de CO2 (380 vs. 760 ppm) pendant leur seconde et leur troisième saison de croissance. La croissance des parties aériennes et des racines, ainsi que la nutrition minérale ont été évaluées à la fin de la deuxième et de la troisième saison de croissance. Des mesures d’échanges gazeux, de transpiration cuticulaire, de quantité de cire cuticulaire ainsi que de surface foliaire spécifique ont également été effectuées sur les plants âgés de trois ans. L’augmentation de la température et de la concentration en CO2 a eu peu d’effet sur les variables morpho-physiologiques des plants de deux ans (2+0) et de trois ans (3+0) d’épinette blanche. Ainsi, l’élévation seule de la température ou de la concentration en CO2 s’est traduite par une augmentation de la hauteur des plants (2+0) ainsi que du diamètre et de la masse sèche des racines des plants (3+0). Des différences entre les familles ont été observées pour la majorité des variables morpho-physiologiques des v plants (2+0) et (3+0), c’est-à-dire pour toutes les variables de croissance, la nutrition minérale, la transpiration ainsi que la conductance stomatique. Aucune interaction famille*traitement n’ayant été significative, les résultats de cette expérience indiquent que la performance relative entre les familles d’épinette blanche ne devrait pas être modifiée suite à une augmentation de la température et de la concentration en CO2. Nos résultats suggèrent que les meilleures familles actuellement sélectionnées dans le cadre du programme d’amélioration génétique de l’épinette blanche au Québec devraient maintenir leur performance supérieure en présence des conditions climatiques futures prédites. De plus, l’héritabilité familiale s’est révélée similaire et élevée (supérieure à 0,4) entre les traitements de température * CO2, ce qui signifie que les traitements n’ont pas eu d’impact sur la variabilité génétique entre les familles testées. / According to the A1B emissions scenario of the Intergovernmental Panel on Climate Change’s (IPCC) 2007 report, atmospheric CO2 concentration will double before 2100 and, in Canada, average temperatures could increase by 4.3 °C. In a growth chamber experiment, we subjected white spruce seedlings from the best performing full-sib families in Québec’s current tree breeding program to a combination of two temperature regimes (present day vs. anticipated future temperatures) and two levels of CO2 (380 vs. 760 ppm) during two growing seasons. The interaction between CO2 and temperature increases had no significant effect on growth characteristics, mineral nutrition, gas exchange and needle characteristics of seedlings at the juvenile stage. Furthermore, the relative performance between 20 families did not change, suggesting that they should maintain their superior performance under predicted future climate conditions.

L’épinette blanche (Picea glauca (Moench Voss)) est une des essences les plus importantes pour le reboisement au Canada, permettant d’alimenter l’industrie forestière. L’épinette blanche est ainsi l’objet d’importants programmes d’amélioration génétique dans la majorité des provinces canadiennes. Afin d’optimiser l’utilisation des épinettes améliorées, une meilleure identification des stations de reboisement serait souhaitable. Pour ce faire, nous avons utilisé les données des inventaires de plantation réalisés par le gouvernement du Québec ainsi que des variables environnementales (climatiques, topographiques, édaphiques et hydrologiques) afin de déterminer quelles variables prédisaient le mieux l’indice de qualité de station (IQS). Trois modèles ont été testés pour deux zones d’étude, soit le modèle « général », qui utilise les données dérivées de la cartographie disponible à échelle 1 / 20 000 pour l’ensemble du territoire forestier du Québec, le modèle général « simplifié » qui utilise l’information de la carte écoforestière plus la localisation des parcelles dans la zone générale et le modèle « LiDAR », qui utilise l’information des modèles numériques de terrain issus de survols LiDAR pour la zone du Québec possédant cette information. Bien que présentant un faible pouvoir prédictif, le modèle général présente une capacité de prédiction légèrement meilleure que les modèles déjà publiés. Une méthode est proposée afin de générer une carte de productivité pour la Réserve faunique du Saint-Maurice. Cette carte, superposée à la cartographie des contraintes d’implantation de zones d’intensification, a permis de déterminer que seul 0,18 % de la superficie totale de la réserve correspond à des zones de haute productivité (IQS > 12m) sans contrainte pour la plantation, soit les meilleures stations pour l’établissement de plantations d’épinettes blanches améliorées. Cependant, la majorité des superficies de la réserve (59,85 %) offre tout de même des zones avec une bonne productivité (IQS 8 - 12m) et aucune contrainte pour la plantation. / White spruce (Picea glauca (Moench) Voss) is one of the most important species for reforestation in Canada. Given its importance for Canada’s forest industry, white spruce is therefore the object of important genetic improvement programs in most provinces. To optimize the use of genetically improved spruce trees, better identification of reforestation sites would be desirable. To identify those sites, data from plantation inventories carried out by the government of Quebec were used, along with climatic, topographic, edaphic, and hydrological variables, to determine which variables best predicted site index. Three models were tested, namely the “general” model, which used data derived from the current mapping at a scale of 1 / 20,000 for the entire forest territory of Quebec, a model “simplified” that use the ecoforestry map information and the location of inventory plots and the “LiDAR” model, which used information from digital elevation models generated with LiDAR data for the area in Quebec with available information. Even if the predictive accuracy of the general model is low, it is slightly better than previously published studies. A methodology was proposed to generate a productivity map of the Saint-Maurice wildlife reserve. This map, overlapped with the map of plantation constraints, determined that only 0,18% of the total area of the reserve showed areas of high productivity (Site index > 12 m) without plantation constraints. However, the majority of the areas of the reserve (59,85%) still offer areas with good productivity (Site index of 8 to 12 m) and no constraints for planting.

Ce travail de recherche avait comme principal objectif d'explorer les avantages, en termes économiques, de plantations d'épinettes blanches (Picea glauca [Moench] Voss) améliorées génétiquement selon des techniques de biotechnologie forestière. La biotechnologie est présentée comme une approche qui combine la génomique et la reproduction végétative. La première se réalise à travers la sélection via marqueurs génétiques et la deuxième à travers la production de plantes via embryogenèse somatique. L'étude se situe dans deux contextes : celui du propriétaire privé, au niveau du peuplement et celui de la société au niveau du paysage forestier. Le flux annuel équivalent et la valeur actualisée des bénéfices ont été employés comme critères pour comparer les avantages de la biotechnologie forestière par rapport aux autres techniques d'amélioration génétique. Deux contextes de prix ont été utilisés : dans un premier temps la valeur marchande de bois sur pied (VMBSP) de l'épinette blanche et ensuite la valeur de bois selon le produit, pâte ou sciage, au bord du chemin. Également, le risque économique défini comme les changements de prix à travers le temps a été incorporé aux analyses. D'après les résultats, la biotechnologie forestière, à travers les variétés multi-clonales issues d'une approche qui combine génomique et reproduction végétative, est la technique la plus avantageuse chez l'épinette blanche. Dans un environnement de propriétaire privé et en prenant la VMBSP, cette approche de production de plants sur des stations de qualité riche (12 mètres à 25 ans) et la mise en pratique d'un régime sylvicole intensif est jusqu'à 73% L plus rentable par rapport à l'amélioration génétique traditionnelle basée sur les vergers à graines. Toujours dans un environnement privé, mais en employant des prix au bord du chemin dans un contexte de risque économique, la biotechnologie forestière est en moyenne 28% plus rentable par rapport à l'amélioration traditionnelle et 39% par rapport à un scénario qui ne considère aucun gain génétique. Finalement, les avantages de la biotechnologie forestière ont été étudiés dans un contexte public. Des considérations en termes environnementaux et sociaux ont alors été prises en compte via le zonage du territoire forestier, approche qui cadre dans un concept d'aménagement durable de la forêt québécoise. Dans ce cas, la biotechnologie forestière est en moyenne 16% plus rentable par rapport à l'amélioration basée sur des vergers à graines. Lorsque l'aménagement intensif par zone est comparé avec un scénario d'aménagement extensif, l'aménagement intensif qui considère des plantations produites selon des techniques de biotechnologie est plus rentable par rapport à l'aménagement extensif et ce, pour tous les niveaux de contraintes environnementales.

L'épinette blanche (Picea glauca [Moench] Voss) est l'une des essences les plus importantes pour l'industrie forestière au Canada et son bois est apprécié pour diverses utilisations. De nombreuses études nous permettent de prédire des pertes de la qualité du bois avec l'utilisation accrue d'arbres provenant de plantations et en raison d'une sélection génétique axée uniquement sur la croissance. L'amélioration génétique et la biologie moléculaire pourraient être appliquées pour sélectionner des arbres ayant un ensemble de propriétés plus désirables et ainsi neutraliser la perte de qualité du bois. L'objectif de cette thèse était de déterminer les paramètres génétiques essentiels à cette tâche, notamment, l'héritabilité et les corrélations des principales propriétés du bois chez l'épinette blanche. Dans la présente étude, des carottes de bois ont été récoltées de 375 arbres couvrant 25 familles issues de pollinisation libre et venant d'un test de provenance-descendances répété sur trois sites dans la province de Québec. Avec le système SilviScan des profils de haute résolution ont été obtenus de la moelle à l'écorce pour différentes propriétés du bois liées à la force mécanique (par exemple, la densité du bois et la rigidité) et à l'anatomie des cellules (dont l'épaisseur de la paroi et le diamètre cellulaire). Des analyses statistiques ont indiqué un contrôle génétique modéré à élevé pour les propriétés du bois, surtout dans le bois initial. Les valeurs d'héritabilité étaient généralement plus basses dans les cernes près de la moelle et dans le bois final. Il n'y a que le contrôle génétique de l'angle des microfibrilles (AMF) qui ne variait pas significativement entre les cernes. La plupart des corrélations génétiques et phénotypiques entre différentes propriétés étaient basses près de la moelle mais augmentaient avec l'âge et se stabilisaient au niveau du bois de transition. Les fortes corrélations observées entre le bois juvénile et le bois de transition permettent d'anticiper une sélection précoce efficace à l'âge cambial de 8 à 10. Nos observations indiquent un très bon potentiel pour la sélection précoce de l'AMF autour de l'âge 4 ; mais l'AMF est un critère de sélection peu pratique en raison de son coût élevé. En plus, la sélection directe des propriétés mécaniques serait limitée par un contrôle génétique faible à modéré. Notre étude montre qu'une approche efficace pour maîtriser ce problème est l'amélioration indirecte de la rigidité en effectuant une sélection par indice incluant la densité du bois et la longueur des carottes. Il semble aussi difficile d'améliorer simultanément les propriétés mécaniques du bois et les propriétés anatomiques des fibres liées à la fabrication des pâtes et papiers, en raison des corrélations fortement défavorables. Les résultats de cette thèse contribueront à rendre l'amélioration génétique des propriétés du bois plus accessible et plus efficace. Ils permettront à long terme de mieux valoriser les bois d'épinette blanche issus des plantations futures.

Dans la continuité des projets du programme d'amélioration génétique de l'épinette blanche (Picea glauca [Moench] Voss.), l'utilisation de la variabilité génétique familiale pourrait améliorer l'enracinement des boutures. Des boutures d'épinette blanche, provenant de 75 familles unifamiliales, ont été produites et les échantillonnages, couvrant la phase d'enracinement (B+0) et deux saisons de croissance (B+l, B+2), ont permis d'évaluer les variables de croissance, d'architecture du système racinaire, les échanges gazeux et le statut nutritionnel. L'estimation des paramètres génétiques a montré que l'enracinement des boutures est sous contrôle génétique, notamment par des valeurs élevées d'héritabilités individuelle et familiale de la masse racinaire durant ces phases de croissance. Les corrélations génétiques mettent en perspective la relation entre la masse racinaire et le diamètre ou la hauteur. La variabilité génétique familiale d'enracinement est suffisamment importante pour inclure une sélection des pieds-mères utilisés aux fins du bouturage et ainsi améliorer l'enracinement chez l'épinette blanche.

En contexte de changements climatiques anticipés, des épisodes de sécheresses de plus en plus intenses et fréquents affecteront la disponibilité en eau des espèces forestières boréales, poussant les améliorateurs des arbres à considérer l'adaptation aux stress hydriques comme une priorité. Nous avons utilisé un test comparatif de descendances d'épinette blanche (Picea glauca [Moench] Voss) de 19 ans issu de croisements polymixtes établi sur deux sites ayant subi des épisodes de sécheresses pour comparer le contrôle génétique et le potentiel d'amélioration pour la réponse à la sécheresse à ceux des aux caractères plus conventionnels liés à la croissance. Pour ce faire, nous avons utilisé l'approche de sélection par la génomique (SG) et celle de la sélection classique basée sur l'information du pedigree (SP). Le contrôle génétique pour les caractères de réponse à la sécheresse était un peu plus faible que pour ceux de la croissance, mais avec des gains génétiques estimés comparables, ce qui permet d'envisager l'utilisation de la SG dès le plus jeune âge. Nous avons observé des corrélations opposées sur les deux sites étudiés entre les caractères de résistance au stress hydrique et la croissance radiale des arbres, probablement parce que les épisodes de sécheresse n'étaient pas au même moment de la saison de croissance d'un site à l'autre. Toutefois, certains scénarios de sélection ont permis d'améliorer tous les caractères en sacrifiant très peu le gain en hauteur, qui est le caractère prioritaire ciblé pour cette espèce au Québec. Nos résultats suggèrent que l'intégration de la réponse à la sécheresse dans les programmes d'amélioration génétique de l'épinette blanche ne nécessite qu'un léger sacrifice pour les gains en croissance en hauteur, et que la précision au niveau des prédictions obtenues par l'approche de sélection conventionnelle ou par la génomique semble être négativement affectée par de plus faibles effectifs disponibles lors des analyses effectuées site par site lorsque les épisodes de stress hydriques varient d'un site à l'autre / In the context of anticipated climate change, increasingly intense and frequent episodes of drought will affect water availability for boreal tree species, prompting tree breeders to consider adaptation to water stress as a priority. We used a 19-year-old comparative test of white spruce (Picea glauca [Moench] Voss) polycross progeny established on two sites affected by drought episodes to compare the genetic control and the potential for improvement of drought response with those of more conventional growth traits. To do this, we used genomic selection (GS) based on genomic profiles and traditional selection based on pedigree information only (PS). The genetic control for drought-response traits was somewhat weaker than for growth traits, but with comparable estimated genetic gains, which makes it possible to consider the use of GS at an early age. The accuracy of predicted breeding values for drought response traits was only slightly lower than that for growth traits. We observed opposite correlations on the two sites studied between water stress resistance traits and tree radial growth, likely because the water stress episodes occurred at different times during the growth season between sites. However, some selection scenarios made it possible to improve all traits while sacrificing very little on height gain, which is the priority trait targeted for this species in Quebec. Our results suggest that integrating drought response into white spruce breeding programs would require only a slight sacrifice in height growth, but that the accuracy of predictions obtained by the genomic or the conventional approach is negatively affected by the lower numbers of trees in site-specific analyses when the water stress episodes are different from site to site.