La tendance croissante des consommateurs à rechercher des sources alternatives d’aliments sains et naturels a incité l’industrie à rechercher des sources uniques, notamment à base de plantes. Le sirop d'érable, obtenu à partir de la sève d’érable à sucre et d’érable rouge, est largement consommé comme aliment ingrédient. De plus, les Premières nations utilisaient les écorces de ces espèces comme médicaments traditionnels et les consommaient sous forme d’infusion ou de thé. Avec l'industrialisation et l'utilisation intensive de produits forestiers, de grandes quantités de résidus d'écorce provenant de l’industrie sont devenues disponibles. Environ 17 millions de m3 d'écorce sont produits chaque année au Canada, dont une fraction seulement sert à la production d’énergie par combustion et le reste est mis en décharge comme déchet. D'autre part, les industries acéricoles subissent un sérieux fardeau économique en raison de l'accumulation annuelle d'un sirop de qualité inférieure en tant qu'excédent. Ce dernier représente environ 21 à 38% de la production totale de sirop par an. Dans ce contexte, ce projet doctoral s'est focalisé sur la valorisation de l'écorce de l’érable et du sirop excédentaire afin de développer un produit innovant à base d'érable en tant qu'ingrédient naturel. Premièrement, une étude des propriétés des extraits à l’eau chaude issus des écorces de l’érable à sucre et de l’érable rouge a été effectuée et a révélé que ceux-ci étaient riches en polyphénols antioxydants, ainsi qu’en nutriments organiques et inorganiques (oligo/polysaccharides, protéines et minéraux). En outre, l’étude sur l’effet des extraits bruts d’écorce de l’érable sur la viabilité des cellules de type neutrophiles a révélé leur noncytotoxicité jusqu’à la concentration de 100μg/ml, suggérant ainsi leur utilisation potentielle comme agents alimentaires naturels. Deuxièmement, le sirop de qualité inférieure a été transformé en poudres d’érable à sucre (MSP) au moyen de la technique de lyophilisation (FD). Une approche systématique a été développée pour mettre en place le protocole FD afin de déshydrater avec succès le sirop d’érable de qualité inférieure. Le temps total par protocole FD a été réduit de manière significative de 25 à 38% (de 40 à 25 ou 30heures) après l’optimisation du protocole. Le MSP ainsi produit avait une propriété instantanée, ce qui lui conférait un potentiel énorme pouvant être utilisé comme boissons pour sportifs, dans un mélange de céréales instantanés, etc. Enfin, la dernière partie de ce projet était consacrée au développement de poudres d’érable à sucre enrichies en polyphénols par ajout des extraits d'écorce dans le sirop de qualité inférieure avant le séchage. Cela a permis de valoriser à la fois l'extrait à l'eau chaude et le sirop d'écorce d’érable. Les poudres de l’érable à sucre enrichies en polyphénols ont été produites par FD (en utilisant le protocole FD développé et optimisé précédemment sur le sirop seul) et par séchage sous vide à l’aide du séchoir à double tambour (VDD). L'ajout d'extraits d'écorce de l’érable à seulement 0,01% w/v a permis d’enrichir le sirop en polyphénols de 13 et 20%, respectivement, pour les extraits d’écorce d’érable à sucre (SBX) et d’érable rouge (RBX). Les deux procédés de séchage ont provoqué la diminution significative des polyphénols totaux dans le produit final. Néanmoins, les composés phénoliques totaux étaient encore plus élevés (jusqu’à 10%) dans la poudre d’érable à sucre contenant des extraits d’écorce (en particulier avec le RBX) par rapport au témoin. La poudre d’érable à sucre produite par FD et par VDD présentait des propriétés physico-chimiques différentes (humidité, couleur, dissolution, coulabilité, microstructure, morphologie et taille des particules). Quatre produits d’érable tels que les extraits d'écorce de l’érable en tant qu'aliments fonctionnels, les poudres instantanées et lyophilisées d’érable à sucre, et les poudres d’érable à sucre enrichies en polyphénols ont été conçus et produits dans le cadre du projet de recherche de cette thèse. Les résultats de ce projet pourraient s’avérer utiles aux industries acéricoles pour réduire les problèmes d’accumulation de résidus d’écorce et de surplus de sirop d’érable de faible qualité. Cette approche permettra également aux industries de s’aligner sur le concept d’économie circulaire à l’avenir. / Rising consumers’ inclinations toward alternative sources of foods that are healthy and natural have catalyzed the industry on finding unique sources, notably plant-based ones. Maple syrup, obtained from the sap of sugar and red maple trees, is widely consumed as food. In addition, barks of these species were used as traditional medicines by the First Nations and consumed in tea infusions. With the industrialization and extensive use of forest products such as pulp and papers, lumbers, etc., high volumes of bark residues from forest-based industries have become available. About 17 million m3 of bark are produced annually in Canada, of which, only a fraction is used for direct energy production by combustion and the rest is landfilled as waste. On the other hand, maple industries are experiencing economical burden due to the year-over-year accumulation of low quality syrup as surplus, representing about 21-38% of total syrup production annually. In this context, this project has focused on valorizing the maple bark and surplus syrup to develop innovative maple product as natural food ingredients. At first, an investigation on the properties of hot water extract of sugar and red maple barks has revealed that these are rich in antioxidant polyphenols, along with organic and inorganic nutrients (oligo/polysaccharides, proteins and minerals). Furthermore, the study on the effect of crude maple bark extracts on the viability of neutrophil-like cells has revealed their non-cytotoxicity up to the concentration of 100μg/ml, therefore suggesting their use as safe natural food agents. Secondly, a transformation of low quality syrup into maple sugar powders (MSP) was achieved by freeze-drying (FD). A systematic approach was adopted to formulate the FD protocol in order to successfully dehydrate a low quality maple syrup. The total FD time was significantly reduced by 25-38% (from 40h to 25 or 30h) after optimizing the protocol. The formulated FD protocol consisted of primary drying (T=-36 °C, t=15h), and secondary drying (T=30 °C, t=10h) conditions. Thus produced MSP had instant-like property (dissolution time<15s), signifying the huge potential for use in sport-drinks, instant cereal mix, etc. The last part of this project was dedicated to the development of polyphenolsenriched maple sugar powders by adding bark extracts into low quality syrup prior to drying. This allowed for the combined valorization of maple bark hot-water extract and syrup. Polyphenols-enriched maple sugar powders were produced by FD (using the optimized FD protocol developed previously on syrup alone) and vacuum double-drum drying (VDD). Addition of maple bark extracts at only 0.01% w/v has allowed for the syrup enrichment in polyphenols by 13 and 20%, for sugar (SBX) and red maple bark (RBX) extracts, respectively. Both drying processes have caused the significant decrease in total phenolics in the final product. Nevertheless, the total phenolics were still higher (up to 10%) in maple sugar powders with bark extracts (particularly with RBX) than control. FD and VDD produced maple sugar powder with different physicochemical properties (moisture, color, dissolution, flowability, microstructure, morphology, and particle size). MSP produced by FD was amorphous, therefore demonstrated good dissolution property (dissolution time, <15s), whereas it exhibited poor to very poor flowability. Conversely, MSP produced by VDD was crystalline with free-flowing flow characteristics and satisfactory dissolution (dissolution time, within 30s). Four maple products such as maple bark extracts as functional food agents, freezedried instant-like maple sugar powders, and polyphenols-enriched maple sugar powders have been designed and produced through the research project of this thesis. The results of this project may prove to be useful for the maple industries to mitigate the problems of the bark residues accumulation and of the low quality maple syrup surplus. This approach will also permit the industries to align with the concept of ‘circular economy’ in the future.

L’utilisation d’adhésifs issus de matériaux renouvelables dans les composites à base de bois, et en particulier dans l’industrie des panneaux, suscite beaucoup d’intérêt depuis de nombreuses années. Aujourd’hui, des résines pétro-sourcées comme l’Urée-Formaldéhyde (UF), la Mélamine Urée-Formaldéhyde (MUF) ou encore le Phénol-Formaldéhyde (PF), se sont imposées face aux résines bio-sourcées et ce depuis le début du XXème siècle par leur efficacité, mais surtout leur faible coût supporté par le développement des industries pétrochimiques. Cependant, avec le déclin programmé du pétrole et la sensibilité croissante du public face aux problématiques environnementales, de nombreux industriels se tournent de plus en plus vers des voies alternatives aux résines pétro-sourcées. Parmi les pistes alternatives étudiées, outres les résines bio-sourcées à base de soja, les lignines représentent un type de polymères qui semblent susciter un regain d’intérêt comme sources d’adhésif. En effet, les lignines, que l’on retrouve notamment dans le bois, constituent l’adhésif naturel des plantes supérieures et sont situées principalement au niveau des parois cellulaires où elles assurent la cohésion entre les fibres et la rigidité de l’ensemble de l’architecture végétale. De plus, leur structure polyphénolique leur permet une réactivité similaire à celle observée chez les résines phénoliques d’origines pétrosourcées. La transition de l’industrie papetière vers des unités de bio-raffinage, où les coproduits de la mise en pâte telles que les lignines seront mieux valorisées et le développement rapide de la chimie verte où les « déchets » de l’industrie du bois, tels que les écorces, seront eux aussi mieux utilisés sont autant de facteurs qui pourraient favoriser le développement de nouveaux adhésifs bio-sourcés dans les prochaines années. L’objectif de ce projet était de déterminer le potentiel de valorisation des écorces d’érable rouge, Acer rubrum, et d’érable à sucre, Acer saccharum, par le truchement des lignines qu’elles contiennent en d’en faire une source de production d’adhésifs naturels destinées à des panneaux de particules de bois exempts de formaldéhyde. Ces lignines ont été à la base de différentes formulations de résines dont l’une s’est révélée plus efficace comme adhésif comparativement à certaines résines pétro-sourcées. / The use of adhesives from renewable materials in wood composites, particularly in the panel industry, has been a subject of interest for many years. Nowadays, the main petrochemical resins used such as Urea-Formaldehyde (UF), Melamine Urea- Formaldehyde (MUF) or even Phenol-Formaldehyde (PF), stood out versus natural resins in the early XXth century by their efficiency, but especially their low cost carried by the development of the petroleum industries. However, with the programmed shortage of oil, and the increasing sensitivity of the public towards environmental issues, more and more manufacturers are looking for alternatives to the pretrochemical resins. Among these studied alternatives, except the soya-based adhesives, lignins are a type of polymer that raised an interest as adhesive. Indeed, inside the wood, lignins are the natural adhesive of superior plants and are mainly located in wood cells where they bind fibers and maintain the rigidity of the whole plant architecture. Moreover, their polyphenol structure allows a similar reactivity to what is observed with petrochemical resins. The transition from paper mills to biorefinery units, where the co-products of pulping such as lignin are valued and the rapid development of green chemistry where the "wastes" of the wood industry, such as barks, are used, are all factors that suggest the growth of these new bio-sourced adhesives in the upcoming years. The objective of this project was to study the potential valorization of the red maple, Acer rubrum, and sugar maple, Acer saccharum, barks by the recovery of their lignins and to use them as a source of bioadhesive for wood panels free of formaldehyde. Based on these lignins, different resins were developed, one of which proved to be more successful than some petrochemical ones

Tableau d'honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2018-2019 / Les résidus provenant de l’activité de l’industrie forestière canadienne sont estimés chaque année à plus de 20 millions de tonnes de matière sèche. Des extraits réalisés à partir des écorces de troncs retrouvés dans ces résidus et présentant d’intéressantes propriétés biologiques ont été présentés comme une opportunité de valorisation des produits forestiers vers des domaines de plus fortes valeurs ajoutées. Pourtant, les branches des arbres éliminées durant des éclaircies de peuplements forestiers ou pendant les campagnes d’élagage portent également d’autres tissus végétaux dont la composition chimique et les propriétés biologiques peuvent s’avérer distinctes de celles des écorces. Notre hypothèse de recherche est que les érables, espèces d’importance économique majeure et très répandues des forêts canadiennes, dont les bourgeons se retrouvent dans les résidus forestiers, peuvent également servir à la production d’ingrédients actifs pour les secteurs de l’agroalimentaire, des produits cosmétiques et même de la santé (médicaments, phyto-médicaments, nutraceutiques). En effet, du fait de leur caractère indifférencié, ces bourgeons pourraient contenir des métabolites différents de ceux des autres tissus. Notre projet de recherche a donc eu pour principal objectif, l’exploration des domaines potentiels de valorisation de produits naturels issus de bourgeons de l’érable à sucre et de l’érable rouge. Du fait de la quasi inexistence de données dans la littérature, notre étude a consisté essentiellement à acquérir des connaissances sur la composition chimique de cette matière végétale et à évaluer les effets biologiques in vitro d’extraits et / ou de molécules issues de bourgeons d’érable. Pour cela, différentes méthodes d’extractions et différents solvants peu toxiques et respectueux de l’environnement ont été envisagés. Des explorations chimiques par Chromatographie sur Couche Mince (CCM), des dosages colorimétriques et des déterminations d’activité antioxydante ont ensuite été utilisés pour caractériser et évaluer l’extrait le plus prometteur. La détermination de la nature chimique des constituants majeurs de ce dernier ainsi que des essais biologiques ont été conduits afin de mesurer son potentiel de valorisation dans divers domaines. Les rendements en extraits secs, la nature et quantité en certains types de composés ainsi que les résultats de tests chimiques d’activité antioxydante ont montré que l’extrait à l’eau chaude de bourgeons d’érable rouge présentait un réel potentiel de valorisation comme antioxydant naturel. L’identification des composés phénoliques contenus dans cet extrait et leur quantification ont permis de révéler une forte présence de gallo-tannins, mais également d’hétérosides de quercétine et de cyanidine qui ont été décrits pour la première fois dans cette espèce. L’exploration des effets de cet extrait sur les neutrophiles humains comme première approche n’a indiqué aucune toxicité ni modification significative de leur viabilité jusqu'à 100 μg/mL. Cependant pour des plus fortes concentrations, l’extrait a montré une capacité à accélérer la mort programmée de ces cellules majeures de l’inflammation et cette activité serait due à certains gallotanins. Cette propriété biologique mis en évidence pour la première fois ouvre le champ à de nombreuses voies de valorisation notamment dans la résolution du processus inflammatoire où la survie des neutrophiles est incontestablement liée au développement de pathologies chroniques / The residues from the activities of Canadian forest industry are estimated to be more than 20 million tons of dry matter per year. The extractives of trunk barks from these residues have been studied as a way to valorize these non- wood forest products in areas with higher added values based on their interesting biological properties for human health. However, branches of the trees removed during thinning or pruning also carry other plant tissues with chemical composition and biological properties distinct from barks. Our research hypothesis was that maples, the widespread trees with major economic value from Canadian forests, represent a source of important quantities of forest residues containing buds which could be used to produce active ingredients for food industry and healthcare (drugs, phytomedications, and nutraceuticals). Indeed, buds contain important amount of meristems, undifferentiated embryonic tissues that may be rich in some bioactive compounds that are often found only in small quantities in other plant parts. Thus, the main objective of our research project was to explore the potential areas of valorization of natural products derived from sugar and red maple buds No data dealing with the chemical composition of this plant material nor biological effects of extracts and / or molecules derived from maple buds were found in scientific literature. The extracts of maple buds (therefore obtained with not toxic and environment- respectful solvents), were analysed by qualitative approach by Thin Layer Chromatography (TLC) assays for screening of phytochemicals. The quantitative assays and antioxidant activity assessment were used to characterize and evaluate the best promising extract. The major phytochemicals of the latter were identified, along with the biological tests undertaken in order to measure its potential of valorization in several fields The yields of dry matter, the nature and quantity of some potential bioactive compounds and the results on antioxidant activities evaluation showed that the hot water extract of red maple buds has a real potential for development as natural antioxidant. The identification of the major phenolic compounds contained in this extract and their quantification revealed an important concentration of gallo-tannins, along with quercetin and cyanidin glycosides, determined in this study for the first time in this species. Exploration of the effects of water extract from red maple buds on human neutrophils as a first approach indicated no toxicity nor significant modification of their viability up to 100 μg / mL. However, for higher concentrations, the extract showed an ability to accelerate the programmed death of these major cells of inflammation. Further studies revealed that this activity was due to particular gallotannins. This biological property highlighted for the first time opens the field to several ways of valorization especially for the resolution of inflammatory processes in which neutrophil survival is undoubtedly linked to the development of chronic pathologies.

Tableau d'honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2018-2019 / Résidu généré en fortes quantités par l’industrie forestière, l’écorce est principalement valorisée par combustion pour la production d’énergie. Pourtant, des projets de bioraffineries sont en développement croissant pour proposer de nouvelles voies de valorisation telle que l’extraction. L’écorce pouvant contenir des molécules extractibles potentiellement bioactives en quantités appréciables, les industries agro-alimentaire, cosmétique et pharmaceutique s’intéressent de près à de telles initiatives. Cette vaste gamme de composés bioactifs propose en effet des alternatives séduisantes à des ingrédients de synthèse de moins en moins prisés. De tels extractibles démontrant des activités antioxydantes, antibactériennes, anti-cancer ou encore anti-inflammatoires ont été isolés au sein de l’écorce des deux essences d’érables, Acer rubrum L. (érable rouge) et Acer saccharum Marsh. (érable à sucre). Ces hétérosides phénoliques ainsi que d’autres extractibles d’intérêt sont susceptibles d’être extraits à l’eau, un solvant vert apprécié pour des applications finales ayant trait à la santé humaine. La thèse présentée s’intéresse donc à la valorisation de l’écorce de l’érable rouge et de l’érable à sucre par récupération et caractérisation d’extractibles hydrosolubles potentiellement antioxydants. Le premier axe de la recherche est centré sur l’optimisation d’un procédé d’extraction à l’eau chaude. En variant les paramètres de granulométrie de l’écorce, de température, de durée de l’extraction et de ratio écorce/solvant, le but a été d’obtenir des valeurs optimales de rendement, teneur en phénols totaux, capacité antioxydante et consommation énergétique estimée. Partant des résultats obtenus, les conditions suivantes : granulométrie de 250–500 μm, température de 90°C, durée de 1 h, ratio écorce/solvant de 1/10, ont été jugées pertinentes pour une mise à l’échelle. Ainsi, des traitements post-extraction ont été investigués à échelle laboratoire pilote pour la production d’extraits secs. Combinant plusieurs méthodes de concentration (osmose inverse, évaporation sous vide) et de séchage (atomisation, lyophilisation), ces traitements ont été évalués selon différentes variables réponses : récupération de l’extrait, capacité antioxydante, teneurs en protéines, en composés phénoliques, en sucres totaux et énergie nécessaire aux opérations unitaires des différents procédés. Pour les extraits des deux essences d’érable, les combinaisons osmose inverse/atomisation et osmose inverse/lyophilisation se sont avérées les plus prometteuses. De qualité supérieure en termes d’antioxydants phénoliques, l’extrait d’écorce d’érable rouge lyophilisé a été choisi pour l’investigation de tels composés par criblage antioxydant. L’approche basée sur des techniques couplant test antioxydant in vitro au radical DPPH et séparation chromatographique par HPLC a permis de mieux comprendre les mécanismes radicalaires en présence des dérivés galloyl-glucitols de l’érable rouge. Le phénomène d’auto-oxydation mis en évidence chez ces dérivés testés purs n’a pas été observé lorsque ceux-ci ont été évalués dans des mélanges tertiaires ou directement dans l’extrait. L’effet de mixture/matrice associé à ce comportement a orienté la suite des travaux vers l’étude de fractions de composés plutôt que vers l’isolement de composés purs. Pour cela, la technique d’ultrafiltration a été investiguée pour la production de fractions concentrées. Ce dernier volet a donc permis d’explorer des classes de composés peu, voire non étudiés au sein des deux érables (protéines, tannins). Même si les résultats demeurent préliminaires, la caractérisation des tannins a révélé certaines similarités chez les deux essences, à savoir la présence de tannins de type proanthocyanidine en quantités comparables. En termes de différences, contrairement à l’érable à sucre, l’érable rouge semble riche en gallotannins de hautes masses moléculaires. Toutefois, des analyses complémentaires seraient nécessaires pour confirmer ce résultat. Au final, cette thèse fournit une base substantielle pour l’établissement d’une voie de valorisation viable des extractibles des écorces d’érable rouge et d’érable à sucre. Elle propose un défrichage des principales problématiques intrinsèques à la production d’extraits pour des applications alimentaire, cosmétique ou pharmacologique. Si les connaissances des composés présents dans l’écorce d’érable ont été améliorées, de nombreuses étapes restent nécessaires à la création d’une filière de bioraffinerie pérenne. Pour aller dans ce sens, la suite de la recherche prévoit, entre autres, des tests de toxicité et d’activités in vivo, ainsi que l’étude de l’intégration des extraits dans des matrices alimentaires. / Bark is a high-volume residue from the forest industry that is mostly incinerated for its calorific value. However, biorefineries are increasingly gaining importance by providing new alternatives, such as solvent extraction. As bark is usually rich in extractives susceptible to exhibit bioactivities, agro-food, cosmetic and pharmaceutical industries keep a close eye on such opportunities. This high diversity of bioactive natural compounds in extracts provides a valuable substitute to synthetic ingredients, currently losing popularity. Phenolic extractives associated to antioxidant, antibacterial, anti-cancer or anti-inflammatory activities have been found in red maple (Acer rubrum L.) and sugar maple (Acer saccharum Marsh.) bark. In addition to other promising extractives, these phenolic glycosides could be recovered using water. This non-toxic extraction solvent is usually privileged for human-health related applications. This thesis investigates the valorisation of red maple and sugar maple bark by recovery and antioxidant characterisation of their water-soluble extractives. First, the research was focused on hot-water extraction optimisation. By varying several parameters (particle size of bark, extraction temperature and duration, bark/solvent ratio), optimal values were determined in terms of extraction yield, phenolic content, antioxidant capacity and estimated energy consumption. From these results, a 250–500 μm particle size, 90°C temperature, 1 h duration and a 1/10 bark/water ratio were found relevant for a scale-up. Therefore, post-extraction treatments were investigated at semi-pilot scale aiming to produce dry extracts. Combining concentration (reverse osmosis, vacuum evaporation) and drying (spray-drying, freeze-drying) methods, treatments were evaluated based upon several response variables: extract recovery, antioxidant capacity, protein, phenolic and carbohydrate contents and power consumption induced by the operation units of the process. In regards to these variables, extracts from both maple species seemed more potent when processed using reverse osmosis, associated to spray-drying or freeze-drying. The higher potential in terms of antioxidant phenolics determined for the red maple bark extract obtained using reverse osmosis and freeze-drying led us to perform antioxidant screening on this extract. An approach based on in vitro DPPH radical scavenging test associated to HPLC separation allowed for a better understanding of radical scavenging mechanisms related to galloyl-glucitol derivatives from red maple. Autoxidation of these compounds tested individually was not observed when evaluated in a tertiary mixture or in the crude extract. This mixture/matrix effect helped us define the next step as a study focusing rather on the production of fractions than on the isolation of pure compounds. To this end, ultrafiltration was studied as a tool for extract fractionation. Thus, this last part of the project allowed us to explore different classes of compounds in both sugar and red maple (proteins, tannins), which have rarely been studied. Although preliminary, the obtained results indicated the similarities between the characteristics of tannins found in both species i.e. proanthocyanidins in comparable amounts. However, only the high molecular fraction form red maple bark extract seemed to contain substantial amounts of high-molecular-weight gallotannins. Supplementary analyses would be required to confirm this result. To conclude, this thesis provides solid information to promote the extraction of red and sugar maple bark at a commercial level. This work offers valuable findings and insights about extract production for application in foods, cosmetics or pharmaceutics. The results obtained help enhance the knowledge about maple bark phytochemicals. Yet, further studies would be required before creating a sustainable biorefinery project based on maple bark. Such investigations, including in vivo toxicity, activity testing, as well as studies about food enrichment using maple extracts are planned for the continuation of this research.

Les populations d'espèces tempérées situées à la limite nord de leur aire de répartition joueront un rôle important dans la migration de celles-ci face au réchauffement du climat. Au Québec, l'érable rouge (Acer rubrum) est l'espèce arborescente tempérée la plus abondante en forêt boréale. Au nord de son aire de répartition continue, elle est présente sous la forme de petites populations marginales isolées restreintes au sommet de collines dans le domaine bioclimatique de la Sapinière à bouleau blanc. Ces populations sont-elles des reliques d'une migration ayant eu lieu il y a quelques millénaires, ou se sont-elles formées plus récemment ? Est-ce que d'autres espèces tempérées furent aussi présentes dans le passé sur ces collines ? Afin de répondre à ces questions, huit populations d'érable rouge furent étudiées le long d'un transect longitudinal de 550 km s'étendant des régions de l'Abitibi à l'ouest à la Mauricie à l'est. Les objectifs étaient 1) d'analyser la dynamique contemporaine (~300 dernières années) des populations d'érable rouge à l'aide de la dendrochronologie, et 2) d'établir un portrait de leur dynamique écologique passée (échelle temporelle de l'Holocène) à l'aide de l'identification botanique et de la datation ¹⁴C de charbons de bois préservés dans les sols minéraux, de même que de pièces de bois enfouies dans un bourbier forestier. Les assemblages des charbons indiquent que l'érable rouge est présent dans la région d'étude depuis au moins 4000 ans. Le pin blanc (Pinus strobus), qui est la seule autre espèce tempérée qui a été identifiée, fut pour sa part plus abondant qu'aujourd'hui entre 6200 et 2500 ans avant l'actuel, possiblement sous un régime de feu de surface peu sévère. L'abondance de l'érable rouge s'est grandement accrue il y a environ 3500 ans. Il aurait été favorisé par des feux devenus plus fréquents et peut-être plus sévères. Ces feux auraient en revanche été néfastes au pin blanc qui s'est raréfié. Au cours des 300 dernières années, les sites ont été régulièrement affectés par des feux ainsi que des coupes forestières au XXe siècle qui ont été profitables à l'érable rouge. Les populations nordiques d'érable rouge localisées en forêt boréale pourraient être considérées comme des témoins (analogues) du type de végétation qui dominera éventuellement les paysages de la portion ouest du domaine bioclimatique de la sapinière à bouleau blanc sous l'effet des changements climatiques anticipés.

Les écosystèmes des régions tempérées sont l'objet de pressions importantes dues aux activités anthropiques, notamment l'urbanisation et l'agriculture, et les tourbières ne font pas exception. Ces activités altèrent leur composition végétale, favorisant entre autres l'installation d'espèces généralistes au détriment de celles tourbicoles. Cette étude porte sur la dynamique végétale d'une tourbière forestière située dans les basses-terres du Saint-Laurent. Elle comprend des secteurs minérotrophes et ombrotrophes avec divers peuplements forestiers mixtes, dont une cédrière et un mélézin à érable rouge. Mes objectifs étaient 1) de caractériser la dynamique contemporaine (XX-XXIᵉ siècles) des peuplements forestiers de la tourbière par l'examen de photographies aériennes multidates, de la dendrochronologie et de la régénération des espèces arborescentes, puis 2) de décrire leur évolution à long terme (plusieurs millénaires) en identifiant et datant au ¹⁴C des pièces de bois fossiles conservées dans la tourbe. Ma première hypothèse est que l'état de référence des peuplements minérotrophes, c'est-à-dire l'état initial avant perturbations, serait une cédrière, tandis que celui des peuplements ombrotrophes serait une tourbière arbustive. Ma seconde hypothèse est que le couvert forestier de la tourbière se transforme graduellement en peuplements mixtes d'érable rouge, puis évoluera en érablières rouges. Les résultats révèlent que les secteurs minérotrophes sont dominés par une structure forestière coniférienne depuis au moins 5000 ans, et l'installation de l'érable rouge y est très récent. Les secteurs ombrotrophes étaient autrefois ouverts, mais le mélèze s'y est densifié depuis le milieu du XXᵉ siècle, suivie d'une propagation de l'érable rouge. Les coupes forestières ayant eu lieu sur la tourbière ont été un facteur important ayant favorisé l'érable rouge. Cette espèce pourrait devenir dominante dans les décennies à venir, ce qui représenterait un état alternatif. Un retour aux stades initiaux semble improbable naturellement.

Plusieurs tourbières ombrotrophes des régions tempérées sont présentement caractérisées par un processus de densification rapide de leur couverture forestière. Au Québec, ce phénomène implique diverses espèces, autant conifériennes qu'à feuillage décidu. La présente étude visait à documenter le boisement de la tourbière de la base de plein air de Sainte-Foy, située au sein d'un paysage semi-urbain de la ville de Québec, qui montre un important déploiement du mélèze laricin et de l'érable rouge. Les principaux objectifs étaient de caractériser la dynamique contemporaine du couvert forestier à l'aide d'analyses dendrométriques, dendrochronologiques et de photographies aériennes, et de reconstituer l'évolution à long terme (plusieurs millénaires) des espèces arborescentes via la conjugaison de l'identification botanique de pièces de bois préservées dans la tourbe et de l'analyse macrofossile. L'hypothèse qui a été testée est que la flore de la tourbière a toujours comporté des espèces arborescentes conifériennes mais de façon éparse. La constitution d'une couvert forestier dense et mixte serait un phénomène récent, associé à des perturbations anthropiques. Le couvert végétal s'est modifié rapidement depuis 1970, d'abord par la formation d'un mélèzin. Le mélèze étant présentement incapable de se régénérer, il est progressivement supplanté par l'érable rouge. Cette dynamique récente fait suite à plusieurs millénaires durant lesquels la tourbière a toujours présenté une physionomie arbustive et où les arbres étaient présents de façon éparse. La densification du couvert forestier fut causée par les activités humaines en périphérie de la tourbière (agriculture, construction d'une gare de triage) qui ont eu pour effet de réduire sa superficie et de l'assécher. L'érable rouge domine maintenant la régénération au sol et devrait, à plus ou moins long terme, devenir l'espèce dominante pour former une érablière rouge sur tourbe.

Titre de l'écran-titre (visionné le 26 avril 2023) / Le processus de boisement des tourbières est un phénomène en accélération depuis au moins les années 1950 dans les basses-terres du Saint-Laurent au Québec, et l'érable rouge (Acer rubrum) est l'un des arbres qui contribue le plus à ce phénomène. Cette étude vise à décrire et expliquer la progression de la couverture forestière d'une vaste tourbière ombrotrophe isolée au sein d'une matrice agricole dont les bordures sont caractérisées par la présence de peuplements mixtes composés de mélèze laricin (Larix laricina) et d'érable rouge. Les objectifs sont de (1) déterminer les patrons spatio-temporels de la colonisation forestière et (2) d'identifier les facteurs responsables de l'établissement et de la croissance des arbres en ayant recours à la fois à des analyses dendrochronologiques, de photographies aériennes et paléoécologiques. Bien que le mélèze soit présent localement depuis au moins quelques siècles, l'érable rouge s'est installé seulement au début du XXe siècle. Son expansion s'est accélérée dans les décennies 1930-1940, puis à nouveau dans les années 1980. Le rythme de progression du couvert forestier a varié d'un endroit à l'autre de la tourbière (0-23 m/an), mais il fut plus rapide dans les années 1960. Contrairement à ce qui était attendu, il ne semble n'y avoir aucun lien significatif entre les multiples variables analysées (épaisseur de la matière organique, altitude de la surface, indice d'humidité topographique, utilisation du sol en périphérie, drainage et climat) et la progression du couvert forestier. Les résultats exposent la complexité des relations qui existent entre la croissance des arbres sur tourbe et leur environnement. En combinant des méthodes permettant de couvrir plusieurs échelles temporelles et spatiales, il est possible d'obtenir un portrait plus précis de la dynamique végétale. Il est suggéré que le cadre méthodologique établi dans la présente étude soit adopté lors des recherches futures sur le boisement des tourbières. / A rapid tree encroachment phenomenon has been taking place on St-Lawrence Lowlands (SLL), southern Quebec peatlands since the 1950s, and red maple (Acer rubrum) is one of the most prolific tree species. Therefore, the purpose of this study is to describe and explain the progression of forest cover in a large, isolated ombrotrophic peatland within an agricultural matrix whose edges are characterized by the presence of mixed stands of tamarack (Larix laricina) and red maple. Our objectives were (1) to describe the spatio-temporal colonization patterns of the forest cover and (2) to identify factors that might explain tree establishment and growth using a combination of paleoecological, dendrochronological and aerial photograph analyses. Although tamarack has been present locally for at least a few centuries, red maple began to establish in the early XXᵗʰ century. Its expansion accelerated in the 1930s-1940s and again in the 1980s. The colonization rate of the forest cover varied across the peatland (0-23 m/yr) but was most rapid in the 1960s. Contrary to expectations, there appeared to be no significant relationship between the multiple analyzed variables (organic matter thickness, surface elevation, topographic moisture index, land use, drainage, and climate) and forest cover progression. Our results highlight the complexity of the relationships between tree growth on peat and their environment. By combining methods that cover several temporal (contemporary and a few centuries) and spatial (local and peatland) scales, it is then possible to obtain a precise picture of the vegetation dynamics that animate the peatland. We therefore suggest that the methodological framework established in the present study should be adopted by future studies of tree encroachment.