Une colonisation récente des combes à neige de la toundra forestière par l’épinette noire (Picea mariana) a été observée au Québec subarctique (57° N, 76° O). Par une approche dendroécologique, nous avons daté et reconstruit l’établissement et la croissance des épinettes colonisatrices. Les combes à neige ont été catégorisées selon la densité de la bordure forestière : forestières, semi-forestières et toundriques. Les combes à neige forestières ont la plus forte densité d’épinettes colonisatrices. La colonisation s’accélère depuis le milieu des années 1980. L’analyse de tige révèle que les épinettes établies entre 1980 et 2000 ont une croissance plus rapide que celles établies entre 1960 et 1980. La croissance est corrélée à des températures plus chaudes plus particulièrement pour les mois de juillet et septembre et à une diminution du couvert nival. Si les tendances climatiques demeurent les mêmes, la colonisation des combes à neige par l’épinette noire risque de s’accélérer.

Neuf palses boisées ont été étudiées dans la région de la rivière Boniface, Québec nordique (57°45'N; 76°20'O). L'analyse dendroécologique des épinettes noires (Picea mariana (Mill.) BSP.) et la radiodatation de la tourbe de surface et de la matière organique enfouie ont permis de décrire la structure des peuplements d'épinettes des palses boisées et de déterminer l'époque de formation de ces palses. Les palses boisées de la région d'étude sont couvertes par deux types de peuplement d'épinettes noires, soit les peuplements arborescents denses et les peuplements arbustifs ouverts. Chez les palses possédant un couvert arborescent dense, des couvertures nivales moyennes allant jusqu'à plus d'un mètre d'épaisseur ont été inférées à l'aide de la morphologie des tiges et du feuillage des épinettes noires. Il semble donc que le pergélisol couvert d'une forêt relativement dense peut se maintenir sous plus d'un mètre de neige. Deux types de palses possédant un peuplement arborescent dense ont été répertoriés, soit celles couvertes d'un peuplement ancien et celles couvertes d'un peuplement moins ancien. Les palses boisées étudiées se sont formées au cours de deux périodes différentes relativement sèches et froides. Les plus anciennes se sont développées entre les années 750 et 1000 ap. J.-C, alors que les plus récentes se sont principalement soulevées au cours du XVIe siècle (début du Petit Âge Glaciaire). À l'intérieur de ces deux périodes de formation, des palses à peuplement arborescent dense et des palses à peuplement arbustif ouvert se sont formées. Parmi les palses couvertes d'un peuplement arborescent dense, celles avec un couvert ancien se sont formées au cours de la première période alors que celles avec un couvert plus récent se sont formées au cours du Petit Age Glaciaire. L'époque de formation, le climat, la présence de forêt à proximité et le degré d'exposition des palses boisées semblent être les principaux facteurs ayant influencé la physionomie des peuplements forestiers qui les occupent.

La régénération dans les sentiers de débardage après coupe avec protection des petites tiges marchandes (CPPTM) a été évaluée en forêt boréale québécoise. Des inventaires de régénération et la mise en place de points d’études ont été employés à cette fin. Deux ans après coupe, la densité et le coefficient de distribution moyens étaient de 10 780 tiges•ha-1 et 77%, respectivement. Une augmentation du niveau de débris de coupe a diminué la densité de régénération sur l’ensemble des sites. L’installation des semis a été affectée par l’ensemencement artificiel, la position dans le sentier et le type de substrat. La luminosité était suffisante et le compactage sévère du sol limité. L’ensemencement artificiel s’est avéré peu bénéfique, mais les plants mis en terre se sont bien acclimatés aux sentiers. Les résultats démontrent que la régénération dans les sentiers de débardage est abondante et bien distribuée pour les sites étudiés. / Regeneration in logging trails following irregular shelterwood cutting was assessed in Quebec’s boreal forest. In each of five sites, a regeneration inventory was carried out and study plots were installed for this evaluation. Two years after harvest, average regeneration density and stocking in logging trails were 10 780 stems•ha-1 and 77%, respectively. Regeneration density was negatively affected by increasing slash cover across all study sites. Seedling establishment was influenced by direct seeding, position within the logging trail, and substrate type. Environmental conditions were adequate: light availability was sufficient and severe soil compaction was limited. Direct seeding was not very effective on these sites, but the planted black spruce stock responded well. Results suggest that regeneration in logging trails was abundant and well distributed in the first two years after harvest.

La valeur du panier de produits des peuplements résineux dépend des dimensions et du défilement des tiges, de la présence de défauts internes, mais aussi des propriétés physiques et mécaniques du bois, principalement de la rigidité du bois, puisque le bois d’œuvre résineux est utilisé essentiellement à des fins structurales. La rigidité du bois d’œuvre résineux est estimée en usine lors du classement visuel ou mécanique des sciages. En forêt, cette connaissance n’existe pas et il n’est pas possible aujourd’hui de localiser les régions ou les peuplements avec un fort potentiel de bois rigide, ni d’évaluer la valeur des bois ou encore de comparer la rentabilité des scénarios sylvicoles, en considérant ce critère de qualité déterminant. Cette absence de connaissances s’explique principalement par les efforts et les coûts considérables associés à la réalisation d’un inventaire de la qualité de la fibre, lequel suppose en effet l’échantillonnage de milliers d’arbres et des analyses en laboratoire très exigeantes. C’est dans ce contexte que la spectroscopie proche infrarouge a été évaluée, comme technologie rapide et non destructive, pour mesurer les propriétés physiques et mécaniques du bois. Dans un premier temps, nous avons évalué la variabilité écogéographique des propriétés du bois de l’épinette noire pour les deux principales végétations potentielles de la forêt boréale aménagée du Québec (chapitre 1). Nous avons observé que le bois poussant dans les peuplements purs d’épinettes noires avait des fibres matures plus longues, un bois significativement plus dense et de meilleures caractéristiques mécaniques que le bois poussant dans des peuplements mélangés avec le sapin baumier. Une approche de modélisation par saut d’échelle, basée sur des mesures de cernes provenant de 3350 placettes d’inventaire, a permis d’améliorer la performance de tous les modèles, en expliquant, à l’échelle du peuplement, 47%, 57%, 63% et 63% de la variabilité de la densité du bois, du module d’élasticité, de l’angle des microfibrilles, et de la longueur des fibres matures, avec des erreurs quadratiques moyennes, de 8.9 kg/m³, 0.52 GPa, 0.60° et 0.06 mm respectivement. Nous avons ensuite évalué le potentiel de la spectroscopie proche infrarouge pour mesurer les propriétés du bois de l’épinette noire (chapitre 2). De bonnes et d’excellentes statistiques de calibration (R², rapport de la performance à l'écart) ont été obtenues pour la densité basale (0.85, 1.8), l’angle des microfibrilles (0.79, 2.2), et le module d’élasticité (0.88, 2.9). Une régression segmentée a également été appliquée au profil radial de l’angle des microfibrilles afin de déterminer l’âge de transition du bois juvénile au bois mature. Les valeurs obtenues avec SilviScan ont été comparées à celles obtenues par spectroscopie. L’âge moyen de transition (23 ans ± 7 ans) a été légèrement sous-estimé, par spectroscopie proche infrarouge, avec une erreur de prédiction moyenne de −2.2 ± 6.3 ans et des intervalles de confiance à 95% de −14.6 et 10.1. Ces résultats suggèrent que l’âge de transition du bois juvénile au bois mature peut également être prédit par spectroscopie proche infrarouge. Finalement, la spectroscopie proche infrarouge a été utilisée pour évaluer la variabilité régionale de la densité basale et de la rigidité du bois des principales essences boréales du Québec (épinette noire, sapin baumier, pin gris, bouleau à papier et peuplier faux-tremble) (chapitre 3). Un système automatisé a été développé à cette fin et calibré à partir de données SilviScan. La densité basale et la rigidité du bois ont été estimées sur 30159 carottes de bois provenant de 10573 placettes d’inventaire. Les observations de densité et de rigidité étaient spatialement autocorrélées sur de plus longues distances chez les feuillus que chez les résineux. Un gradient latitudinal uniforme relié au climat était apparent pour le bouleau à papier et le peuplier faux-tremble. La distribution spatiale de ces mêmes propriétés n’était pas uniforme chez les résineux, suggérant une adaptabilité environnementale plus restreinte en comparaison aux essences feuillues étudiées. Cette thèse présente de grandes avancées dans le développement d’une méthode d’inventaire de la qualité de la fibre au Québec. La variabilité régionale de la densité et de la rigidité du bois est maintenant connue pour les principales essences boréales du Québec. Les prochains travaux porteront sur l’estimation de ces propriétés à l’échelle du peuplement forestier. / The value of forest products from softwood stands depends on stems volume and taper, internal defects, but also on physical and mechanical wood properties, especially stiffness, since softwood lumber is primarily used for structural purposes. The lumber stiffness is evaluated in sawmills through visual or mechanical gradings. In forest, this knowledge does not exist and it is not possible to locate the regions or the forest stands with a high lumber stiffness, neither to evaluate the value of forest products and the economic profitability of forest management scenarios considering this key attribute. This lack of knowledge is mainly due to substantial investments associated with an inventory of wood fibre quality, which involves the sampling of thousands of trees and very demanding laboratory tests. It is in this context that the near-infrared spectroscopy was evaluated as a rapid, non-destructive method for estimating physical and mechanical wood properties. Ecogeographic variation in black spruce clear wood properties was first investigated for the two main vegetation types of the managed boreal forest of the province of Quebec (chapter 1). Wood growing in pure black spruce stands had longer mature fibers, a significantly denser wood with better mechanical characteristics than the wood growing in stands mixed with balsam fir. A scaling-up modeling approach, based on ring data from 3,350 inventory plots, has improved the performance of all models, explaining, at the stand level, 47%, 57%, 63% and 63% of variance in wood density, modulus of elasticity, microfibril angle and mature fiber length with estimated root mean square errors of 8.9 kg/m³, 0.52 GPa, 0.60° and 0.06 mm respectively. The potential of near-infrared spectroscopy to determine the transition from juvenile to mature wood in black spruce was then assessed (chapter 2). Good to excellent calibration statistics (R², ratio of performance to deviation) were obtained for basic density (0.85, 1.8), microfibril angle (0.79, 2.2), and modulus of elasticity (0.88, 2.9). Two-segment linear regressions were applied to microfibril angle profiles to determine the transition age. The values obtained using SilviScan data were compared with those obtained using near-infrared spectroscopy predicted data. The average transition age (23 years ± 7 years) was slightly underestimated by near-infrared spectroscopy with a mean prediction error (and 95% limits of agreement) of -2.2 ± 6.3 years (-14.6/10.1). These results suggest that the transition age from juvenile to mature wood could be predicted by near-infrared spectroscopy. Finally, the near-infrared spectroscopy was used for estimating the regional variation in wood density and stiffness for the main boreal species of Quebec (black spruce, balsam fir, jack pine, paper birch, trembling aspen) (chapter 3). An automated near-infrared system was developed for this purpose and calibrated using SilviScan data. Basic density and wood stiffness were estimated on 30,159 increment cores from 10,573 inventory plots. The observations in wood density and stiffness were spatially autocorrelated on longer distances in hardwoods than softwoods. A uniform latitudinal gradient related to climate was observed in paper birch and trembling aspen. Conversely, spatial distribution in wood density and modulus of elasticity was not uniform in softwoods, suggesting a more limited environmental adaptability in comparison to the hardwood species studied. This thesis has made major advances in the development of a method for inventorying wood fibre quality in Quebec. Regional variation in wood density and stiffness is now known for the main boreal species of Quebec. Future work will focus on estimating these properties at the forest stand level.

Le drainage forestier en milieu boréal permet de rétablir des conditions hydrologiques propices à la croissance de l’épinette noire sur les pessières noires récoltées. Le but de cette étude était d’effectuer le suivi des plus vieux sites drainés de façon opérationnelle en Jamésie (Jutras et coll. 2002) plus de 20 ans après les travaux. L’efficacité du drainage a été mesurée par type écologique selon trois variables : la modification des communautés végétales, l’accroissement individuel de l’épinette noire ainsi que par le rendement forestier. Les comparaisons entre sites témoins et traités ont permis de cibler deux types écologiques où l’épinette noire réagit significativement au drainage dans le temps, soit RE37 et les RE39 riches. Pour les autres types écologiques étudiés, les conditions édaphiques étaient soit trop riches (RE26) ou trop pauvres (RE39 pauvre et très pauvre) pour que le drainage augmente significativement la croissance de l’épinette noire et le rendement forestier.

La forêt du Sanctuaire fait partie des quelques pessières à lichens qui n'ont pas connu d'épisodes de feu dans la région de la rivière Boniface. Le renouvellement de cette forêt ancienne repose principalement sur une dynamique de comblement des ouvertures. Toutefois, le processus naturel de remplacement de la végétation ne semble pas effectif dans les ouvertures. Le nombre d'épinettes noires (Picea mariana (Mill.) B.S.P.) mortes est considérable et la régénération faible ou absente. Afin de mieux comprendre ce phénomène, l'histoire récente de la pessière a été reconstituée en mettant l'accent sur différents aspects de la mortalité. À cet égard, la dynamique structurale, les patrons spatio-temporels et les facteurs responsables de la mortalité de l'épinette noire ont été caractérisés. Pour ce faire, toutes les épinettes mortes, les macrorestes et les plantules localisés dans les ouvertures sélectionnées aléatoirement ont été recensés. Toutes les épinettes mortes ont été décrites, cartographiées et datées à l'aide des cernes de croissance. Les macrorestes ont été datés au radiocarbone. Ainsi, au sein des 25 ouvertures étudiées, 763 épinettes mortes et 14 plantules ont été dénombrées. Le centre des ouvertures était parfois dépourvu d'arbres depuis plus de 1000 ans. La population d'épinettes se trouve actuellement dans un état d'équilibre précaire attribuable au déséquilibre démographique existant au sein des ouvertures. Des épisodes de forte mortalité ont été décelés pendant les décennies de 1810, 1870-80-90, 1930-40 et 1980-90. La mortalité des épinettes découle probablement d'une cause commune puisque des îlots d'épinettes mortes à la même époque ont été détectés à la périphérie de certaines ouvertures. La forte croissance radiale de l'épinette au cours des épisodes de mortalité laisse croire que les précipitations étaient abondantes pendant ces années. Ainsi, sans pour autant exclure le vieillissement naturel des individus, les précipitations semblent impliquer dans la mortalité de l'épinette noire. À titre d'hypothèse, la principale cause de la mortalité des épinettes serait attribuable à une maladie défoliante appelée la ± brûlure printanière ¿ et la deuxième cause, à des bris mécaniques, deux phénomènes étroitement liés aux conditions de précipitations abondantes.

L'étude porte sur un écosystème forestier riverain d'un grand lac subarctique (Lac à l'Eau-Claire) en état moribond. La dégradation des arbres suggère une progression spatiale que l'on a reconstituée au moyen de l'analyse dendrochronologique. Nous avons formulé l'hypothèse que l'augmentation des précipitations de neige et la hausse du niveau lacustre suggérées par des travaux antérieurs pourraient avoir causé la dégradation de la forêt. L'objectif principal de cette recherche est de déterminer les différentes facettes du phénomène à l'origine de la dégradation des arbres. Le site à l'étude a été divisé en cinq zones subparallèles au rivage selon les caractéristiques des divers états des arbres. Une étude dendrochronologique a permis de reconstituer les processus récents et passés. Ils ont été situés dans le contexte des fluctuations historiques des niveaux d'eau du lac afin de préciser le gradient écologique en lien avec le régime des perturbations physiques. Les données ont permis de distinguer cinq périodes où les facteurs climatiques et locaux ont influencé la population forestière riveraine : 1) colonisation du site à l'étude (1704), 2) première phase d'installation (1800-1850), 3) deuxième phase d'installation et première phase de mortalité (1850-1930), 4) apparition de la frange forestière (1930-1950), 5) deuxième phase de mortalité (1950-2006).

Dans le but de mieux comprendre la dynamique forestière après feu du peuplier faux-tremble (Populus tremuloides) et de l'épinette noire (Picea mariana) sur argiles de la région de Matagami (Nord-du-Québec), nous avons procédé (1) à l'échelle du paysage, à une analyse d'ordination et de groupement de la composition de 609 placettes d'inventaires existantes et (2) à l'échelle du site, à l'inventaire et à l'échantillonnage de la composition, de la structure (arbres matures vs. régénération) et de la croissance (reconstitution dendrochronologique) de 30 peuplements de 100 ans : 10 peupleraies pures, 10 pessières pures et 10 peuplements à composition mélangée. La composition forestière du paysage était dominée par un gradient de peupleraies pures vers des pessières pures et, secondairement, par l'abondance de sapin baumier (Abies balsamea). Les 30 sites échantillonnés montrent que le peuplier et l'épinette noire peuvent s'installer sur les mêmes sites : leur abondance relative dépend d'autres facteurs, probablement historiques. Pour la prochaine génération, les peuplements à composition mélangée échantillonnés évolueront probablement vers des peuplements à dominance résineuse (dynamique successionnelle), tandis que certaines pessières pures maintiendront leur dominance (dynamique cyclique) et d'autres pourraient se paludifier (dynamique successionnelle). La dynamique forestière des peupleraies pures est incertaine et varie selon la régénération présente et l'état des tiges matures : certains peuplements pourraient conserver leur dominance feuillues (dynamique cyclique), d'autres pourraient évoluer vers des peuplements à composition mélangée (dynamique successionnelle) et dans le cas d'une absence de régénération, quelques sites pourraient se dégrader et devenir improductifs (dynamique de dégénérescence).

Le principe des chronoséquences a été adopté pour déterminer l'évolution du volume après l'entrée en sénescence de peuplements d'épinette noire (Picea mariana (Mill.) B.S.P.) de la Côte-Nord à partir d'une carte des feux et des données des placettes échantillons permanentes. Pour déterminer l'évolution du volume après 200 ans, des répartitions théoriques du territoire par classe de volume ont été établies à partir de deux hypothèses différentes : (i) le maintien du volume au cours du temps et (ii) la décroissance du volume. La comparaison de ces répartitions théoriques à la répartition observée a permis de retenir l'hypothèse du maintien du volume après l'entrée en sénescence du peuplement. Les modifications de l'évolution du volume au cours du temps se répercutent par une baisse du niveau de possibilité forestière due à une augmentation du volume perdu par sénescence qui peut être compensée par le recours à l'optimisation lors de la réalisation du calcul de possibilité forestière.