Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

La constante augmentation des surfaces cultivées avec des plantes génétiquement modifiées (PGM) pose la question du risque environnemental qu'elles représentent. Afin de documenter cette problématique, nous avons dans un premier temps fait la synthèse de 20 années de recherche sur l'impact potentiel des cultures et des arbres génétiquement modifiés sur les champignons. L'analyse des publications scientifiques sur ce sujet montre que les conséquences des plantes transgéniques tolérantes aux herbicides et aux insectes ravageurs sur les champignons sont sous-étudiées alors qu'elles représentent la majorité des PGM cultivées dans le monde. Des changements significatifs affectant les champignons ont été relevés dans 18 études, dans lesquelles les PGM étudiées n'exprimaient pas de caractères transgéniques laissant présager un effet sur les champignons. En dépit du fait qu'elles sont commercialisées depuis 1996, le risque que les PGM représentent à l'heure actuelle pour les communautés fongiques ne peut être clairement défini à partir des données disponibles. L'impact potentiel de peupliers exprimant une résistance à la kanamycine a été évalué sur la communauté des ectomycorhizes (EM), après 8 années de déploiement au champ. Les mesures qualitatives et quantitatives de la diversité des EM n'ont pas mises en évidence de différence significative entre la structure de la communauté des EM provenant des peupliers témoins et celle provenant des peupliers transgéniques. Par contre, la communauté des EM identifée par l'analyse des extrémités racinaires était significativement différente de celle obtenue par le clonage de l'ADN fongique du sol. Ces deux stratégies d'échantillonnage, en les combinant, se sont révélées complémentaires pour une définition plus fine de la diversité des EM. Des travaux effectués en serre sur les conséquences de la surexpression de l'endochitinase dans les racines et les exsudats racinaires d'épinettes blanches transformées avec le gène ech42 n'ont pas détecté d'effet délétère sur la symbiose ectendomycorhizienne et la biomasse fongique du sol. De plus, les effets potentiels de ces épinettes transgéniques sur deux communautés fongiques provenant de sols forestiers ont été suivis pendant 8 mois. Les analyses ont montré que l'insertion dans le génome des épinettes blanches du gène ech42 et son expression n'affectaient pas de manière significative la biomasse, la diversité et la structure des communautés fongiques des deux sols analysés. Cette thèse a permis de faire le point sur l'impact des PGM sur les champignons et d'évaluer le risque que peuvent représenter différents types d'arbres génétiquement modifiés sur les champignons du sol.

Dans un contexte de réduction de la possibilité forestière, les bois morts secs et sains (BMSS) (arbres récemment morts par mortalité isolée ou par trouées) peuvent représenter une occasion intéressante d’augmenter les volumes d’attribution aux industries forestières québécoises. En contrepartie, il importe de tenir compte de la présence de caries du bois dans les approvisionnements, puisqu’elles peuvent engendrer d’importantes pertes à l’usine de sciage. L’objectif principal de ce projet de doctorat était de quantifier et de mesurer l’impact des phénomènes de mortalité et de dégradation des arbres pour le territoire boréal de l’est du Québec. Les volumes de bois carié et de BMSS en fonction du temps écoulé depuis le dernier feu ont été mesurés dans deux chronoséquences après feu. Afin d’identifier les BMSS en forêt, deux systèmes de classification visuelle exprimant l’état de dégradation des tiges ont été utilisés (Hunter 1990 et MRNFQ 2005). Nos résultats ont démontré que le volume de carie à l’échelle du peuplement augmente durant les premiers 150 ans suivant le passage du feu et tend ensuite à se stabiliser. À l’opposé, le volume des BMSS diminue rapidement après le passage du feu pour ensuite augmenter de façon graduelle à partir de 200 ans après feu. L’abattage de 162 épinettes noires (Picea mariana (Mill.) BSP) nous a permis de comparer différentes caractéristiques des sciages de BMSS à ceux provenant d’arbres vivants. Nos résultats indiquent que la valeur monétaire des arbres diminue avec l’avancement de la dégradation des arbres sur pied. Les résultats des tests en flexion longitudinale statique pratiqués sur 343 pièces de bois ont démontré que les sciages issus des BMSS étaient moins résistants à la rupture que ceux provenant d’arbres vivants. La teneur en humidité des copeaux des BMSS était significativement inférieure à celle des copeaux d’arbres vivants, alors que la distribution des dimensions de copeaux était similaire entre les deux types d’arbre. La perte de fibre à l’écorçage était significativement plus élevée chez les arbres dont l’état de dégradation était plus avancé. De manière générale, nos résultats indiquent que les vieilles forêts boréales de l’Est du Québec contiennent une large proportion de BMSS qui peuvent représenter une source adéquate d’approvisionnement en autant qu’elles demeurent à un stade de dégradation peu avancée. / In a context of decreasing annual allowable cut, the use of dead and sound wood (DSW) trees (trees that have recently died through isolated mortality or group mortality) may represent an interesting opportunity to increase the volumes supplied to the Quebec forest industries. Conversely, it is important to account for the presence of wood decay in wood supplies, as it may cause significant losses at the sawmill. The main objective of this project was to quantify and measure the impact of the processes of tree mortality and degradation in the Eastern boreal area of Quebec. Decay and DSW volumes were measured in two chronosequences of time since fire. In order to identify DSW trees in the forest, two systems of visual classification based on tree degradation were used (Hunter 1990 et MRNFQ 2005). Our results showed that wood decay volume measured at the stand level increased during the first 150 years following fire and then stabilized. The volume of DSW showed the opposite trend, with a rapid decrease after fire and followed by a gradual increase from 200 years after fire. The felling of 162 black spruce trees (Picea mariana (Mill.) BSP) allowed us to compare different characteristics of DSW with those of live trees according to a sawmill study. Our results indicated that the monetary value of trees decreased with increasing state of tree degradation. Results from bending tests performed on 343 pieces showed that lumber pieces from DSW trees are less resistant to rupture than live trees. The moisture contents of wood chips from DSW were significantly lower than those of live trees, while chips size distributions were similar between the two types of wood. The loss of wood fiber at the debarking stage was significantly higher in trees with a more advanced state of tree degradation. In general, our results showed that the old-growth forests of the Eastern boreal forest of Quebec contain a significant proportion of DSW trees, which may represent an adequate source of wood supply if they remain at an early stage of degradation.

La plantation d'arbres ou d'arbustes fruitiers figure parmi les options de réaménagement complémentaires à la restauration des tourbières résiduelles. Aucune étude n'avait toutefois été effectuée concernant le potentiel de telles plantations dans l'est du Canada. Le présent projet avait pour principal objectif de dresser un portrait des plantations existantes en tourbières résiduelles canadiennes, afin de connaître le potentiel de différentes essences forestières et d'une espèce d'arbuste fruitier (l'Aronia noir) à croître sur substrat tourbeux. Les essences forestières montrant de bonnes croissances sont l'Épinette noire et le Mélèze laricin. L'Érable rouge, le Pin gris, le Pin sylvestre et l'Aronia noir ont présenté certaines difficultés d'implantation ou de croissance, mais demeurent potentiellement intéressants. Les plantations de Peupliers hybrides sur tourbière résiduelle se sont avérées un échec. Une régie de la fertilisation comportant de faibles doses d'azote, de phosphore et de potassium est un atout pour des plantations forestières ou fruitières de ce type. Le présent projet a donc permis de mettre en évidence le réel potentiel d'établissement de certaines espèces forestières et fruitières en tourbières résiduelles dans l'Est du Canada.

Pour mieux apprécier le risque que pose le Phytophthora ramorum pour l'Est nord-américain, la sensibilité du feuillage au P. ramorum et sa sporulation sur le feuillage ont été évaluées chez six espèces d'arbres communes de l'Est canadien. Chez les feuilles détachées, la nécrose était plus prononcée chez le Betula alleghaniensis (Ba), le Fraxinus americana (Fa) et le rhododendron (Rh; témoin positif) comparativement à celle observée chez l'Acer saccharum et le Quercus rubra (Qr). Suivant le trempage après blessure, une nécrose importante fut observée chez le Ba, le Fa, le Qr et le Rh. Chez les conifères, la nécrose était plus importante chez les aiguilles détachées d'Abies balsamea (Ab) que chez le Larix lancina. La sporulation sur le feuillage détaché était plus intense chez le Rh et les deux conifères alors que suite aux essais de trempage, elle était plus prononcée chez le Ba, le Fa, le Rh et l'Ab.

En raison du changement climatique, une augmentation de la fréquence, de la gravité et de l'étendue spatiale des épidémies d'agents pathogènes forestiers est prévue. Il est donc important de comprendre et de prévoir les risques actuels et futurs d'épidémies de maladies forestières. La rouille des aiguilles du sapin de Douglas, ou Swiss needle cast (SNC) en anglais, une maladie défoliatrice causée par le champignon microscopique Nothophaeocryptopus gaeumannii, a causé d'importantes pertes de croissance du sapin de Douglas (Pseudotsuga menziesii) dans le Nord-Ouest Pacifique (PNW). Comme la plupart des maladies foliaires causées par des pathogènes fongiques, cette maladie est associée à divers facteurs bioclimatiques. Au cours des dernières décennies, des épidémies sans précédent de la maladie dans son aire d'origine soulèvent des questions sur les implications possibles du changement climatique pour la santé et la productivité des forêts et des plantations de sapins de Douglas de grande importance économique et environnementale. Un élément important de la réponse à ce défi de la gestion forestière est constitué par les stratégies d'adaptation au climat, dont la mise en œuvre nécessite une connaissance des potentielles circonstances épidémiologiques futures. La modélisation prédictive fournit un moyen d'évaluer les risques futurs d'épidémies sur la base de scénarios d'émissions grâce aux méthodes d'apprentissage automatique, statistique et des systèmes d'information géographique. Dans ce projet, j'ai modélisé l'adéquation climatique du PNW pour les deux lignées génétiques sympatriques de Nothophaeocryptopus gaeumannii afin d'approfondir notre compréhension de l'épidémiologie de la rouille des aiguilles du sapin de Douglas à grande et fine échelle, de tester les effets des lignées génétiques et du climat sur la gravité de la maladie, et enfin d'avoir un aperçu de la propagation de la maladie dans le Nord-Ouest du Pacifique en 2050 dans le « pire » scénario de changement climatique. Nos résultats soutiennent l'idée que les niches climatiques des lignées se chevauchent mais sont différentes, et suggèrent que l'adéquation climatique pour la lignée 1 de N. gaeumannii est associée à la gravité de la maladie lorsque l'exposition au soleil et le climat hivernal à court terme sont pris en compte dans la modélisation. Nous avons également trouvé des preuves possibles d'une partition verticale des niches des lignées au sein de l'arbre. Enfin, notre analyse indique que les zones plus à l'intérieur des terres de la zone épidémique actuelle deviendront plus à risque d'épidémies de Swiss needle cast dans le « pire » scénario de changement climatique en 2050. / As a result of climate change, a rise in frequency, severity and spatial extent of forest pathogen epidemics is expected. Thus, it is important to understand and predict current and future risks of forest disease outbreaks. Swiss needle cast (SNC), a native defoliating disease caused by the filamentous fungus Nothophaeocryptopus gaeumannii has caused significant Douglas-Fir (Pseudotsuga menziesii) growth losses in the Pacific Northwest. Like most forest pathogens and foliar diseases in particular, this disease is associated with various bioclimatic factors. In recent decades, unprecedented epidemics of the disease in its native range raise questions about the possible implications of climate change for the health and productivity of economically and environmentally important Douglas-fir forests and plantations. An important component of the response to this forest management challenge is climate adaptation strategies, which require knowledge of potential future epidemiological circumstances for their implementation. Predictive modelling provides a way to assess future risks of disease outbreaks based on emissions scenarios and innovative machine learning, statistical methods and geographic information systems. In this project, we model the climatic suitability of the Pacific Northwest for the two sympatric genetic lineages of N. gaeumannii to further our understanding of large- and fine-scale SNC disease epidemiology, test the effects of genetic lineages and climate on disease severity, and ultimately gain insight into the disease's spread in the "business as usual" climate change scenario in 2050. Our findings lend support to the idea that the climatic niches of the lineages are overlapping but different, and our results suggest that climatic suitability for N. gaeumannii's lineage 1 is associated with disease severity when hillshade and short-term winter climate is factored into modelling. We also found possible evidence of vertical niche partitioning of the lineages within the tree. Finally, our analysis indicates that areas further inland from the current epidemic area will be at higher risk for SNC outbreaks in the"business as usual" climate change scenario in 2050.

Tableau d’honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2007-2008. / La présente thèse porte sur la formation de concepts dans une tâche de catégorisation de stimuli visuels multidimensionnels. Elle s'intéresse particulièrement à l'apprentissage dans une tâche de catégorisation de stimuli constitués de caractéristiques séparables psychologiquement et permettant un traitement analytique. Les deux principales questions de recherche portent sur l'apprentissage de règles logiques de classification. La première question s'intéresse au lien entre la représentation logique d'un concept et le niveau de difficulté observé pour apprendre celui-ci. La deuxième question porte sur la modélisation du processus de vérification d'une règle. Les résultats démontrent que la difficulté subjective des concepts ne correspond pas toujours à leur description algébrique minimale, mais s'explique mieux dans certains cas par l'emploi de règles non-minimales. L'occurrence de ces règles non-minimales est expliquée par un processus d'apprentissage par tests d'hypothèses (Nosofsky, Palmeri et McKinley, 1994). Ce projet vise à modéliser les temps de réponse, les proportions de choix et des jugements de typicité des stimuli dans une tâche de catégorisation. Le cadre théorique proposé s'inspire des travaux de Martin et Caramazza (1980) et de Trabasso, Rollins et Shaughnessy (1971). Cette approche consiste à approximer des arbres de décision permettant de représenter la série de tests des caractéristiques effectuée pour classifier chacun des stimuli. Ces arbres de décision permettent de décrire le processus de vérification des critères énoncés dans une règle de classification. Le travail de modélisation s'effectue en trois analyses successives. L'Étude I et II modélisent les données de Lamberts (2000) et de Cohen et Nosofsky (2003). Celles-ci permettent de comparer les modèles d'arbres de décision aux deux modèles les plus reconnus du domaine. L'Étude III rapporte une expérience et modélise les résultats à partir d'arbres de décision obtenus par une méthode déductive (Sayeki, 1969). L'utilité prédictive de différents modèles est évaluée à l'aide d'une méthode de validation croisée (Stone, 1974). L'appui en faveur du concept théorique d'arbre décisionnel tient non seulement des excellentes descriptions quantitatives obtenues, mais aussi de sa capacité à prédire comment l'humain généralise ses apprentissages. / The present thesis is about concept formation in a perceptual categorization task with multidimensional stimuli. Its particular focus is on tasks that involve categorizing visual stimuli composed of psychologically separable features allowing analytical processing. The two main research questions relate to the learning of logical classification rules. The first question concerns the link between a concept's logical representation and the level of difficulty for humans to learn that concept. The second question is how to model the rule verification process when attempting to classify a stimulus. Results demonstrate that the subjective difficulty of concepts does not always correspond to their minimal algebraic description and that in some cases it is better explained by non-minimal rules. The occurrence of these non-minimal rules is explained by a learning process described as hypothesis-testing (Nosofsky, Palmeri and McKinley, on 1994). This project aims to model categorization response times, choice proportions, and subjective typicality judgments for each of the different stimuli presented to the participants. The proposed theoretical framework is inspired by that of Martin and Caramazza (1980) and by Trabasso, Rollins and Shaughnessy (1971). This approach consists in approximating decision trees that represent the sequence of feature tests performed when classifying each of the stimuli. Decision trees describe the verification process of the criteria expressed in a classification rule. The present modeling effort consists in three successive analyses. Study I and II attempt to model the data of Lamberts (2000) and Cohen and Nosofsky (2003). These studies compare the accounts of decision tree models to those from the two most successful models in the field. Study III reports an experiment and attempts to model the results using decisions trees obtained by a deductive method (Sayeki, 1969). The predictive utility of decision tree models is estimated by means of a cross validation procedure (Stone, 1974). The theoretical value of the concept of decision trees comes not only from the excellent quantitative descriptions obtained, but also from its capability to predict how human beings classify novel instances.

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En Afrique, les technologies agroforestières jouent un rôle socio-économique majeur, mais leur potentiel à contribuer aux stocks de carbone, ainsi que celui de leurs espèces ligneuses est encore peu connu. De même, la réponse de leurs espèces ligneuses aux changements de l’environnement n’est pas documentée. Nous avons mesuré le stock de carbone de cinq espèces ligneuses locales (Acacia raddiana, Balanites aegyptiaca, Euphorbia balsamifera, Faidherbia albida et Neocarya macrophylla) et le stock sol-plante de trois technologies agroforestières (jachère, parc arboré et parcours naturel) selon trois textures contrastantes de sol (argileux, sableux et sablo-limoneux). Nous avons évalué le profil de développement racinaire (RDD) et la longueur spécifique racinaire (SRL) des espèces sous ces mêmes conditions. La variation intraspécifique des traits foliaires (surface spécifique foliaire (SLA); contenu en matière sèche (LDMC); contenu en carbone et en azote (LCC, LNC)); SRL; contenu en carbone et en azote des racines (RCC; RNC)) a été étudiée selon la texture du sol et les trois saisons : saison des pluies (SP), saison sèche chaude (SSC), saison sèche fraîche (SSF). Le carbone de la biomasse a été plus élevé dans les sols sableux, tandis que les sols argileux ont présenté les plus importants stocks de carbone du sol. Le carbone du système sol-plante a été plus élevé dans les jachères. La RDD n’a pas varié entre texture de sol et entre technologie agroforestière et un maximum de biomasse a été observé entre 40 et 60 cm de profondeur. La SRL a été plus élevée dans les parcs arborés, les parcours naturels, les sols sableux, plus pauvres en matière organique et la SSC, période la plus stressante. Les sempervirentes ont montré en général une plus grande variabilité des traits en réponse au sol et aux saisons. La variabilité intraspécifique de la SLA a été plus élevée en SSC, tandis que l’inverse a été observé pour la SRL. Pendant la SP, une corrélation positive a été notée entre SLA et SRL. Des jachères de courtes durées enrichies de sempevirentes et de décidues fixatrices d’azote contribueraient à accroitre le stock de carbone des terres dégradées des Niayes. / In Africa, agroforestry technologies play a major socio-economic role, but their potential and that of the principal woody species to contribute to carbon stocks is still poorly understood. As well, the potential of these species to respond to a changing environment is poorly documented. We measured the carbon stock of five local tree species (Acacia raddiana, Balanites aegyptiaca, Euphorbia balsamifera, Faidherbia albida and Neocarya macrophylla) and soil-plant carbon storage associated with three agroforestry technologies (fallow, park land, and rangeland) in three contrasting soil textures (clay, sandy and sandy loam). We evaluated the root depth distribution profile (RDD) and the specific root length (SRL) of these species under these conditions. Intraspecific variation in leaf traits (specific leaf area (SLA); leaf dry matter content (LDMC); leaf carbon and nitrogen content (LCC LNC); SRL, root carbon and nitrogen content (RCC, RNC) ) of these species was also investigated in three soil textures and over three seasons: rainy season (SP), hot dry season (SSC), and cool dry season (SSF). The carbon stored in biomass was higher in sandy soils, while clay soil showed the highest soil carbon stocks. Carbon stored in the soil-plant system was highest in fallow, compared to park land and to rangeland. The RDD did not change with either soil texture or agroforestry technology, and a maximum of root biomass was consistently observed between 40 and 60 cm deep. The SRL was higher in park lands, rangelands and sandy soils, with low soil organic matter, and in the SSC, the most stressful season. Evergreen species generally showed greater variability of traits in response to soil texture and season. Intraspecific variability of SLA was higher in SSC, while the opposite was observed for the SRL. During the SP, a positive correlation was noted between SLA and SRL. Short periods of fallow enriched by evergreen and deciduous nitrogen fixing species would contribute to increase the carbon stocks of degraded lands in these study sites.

La qualité du bois récupéré après le passage des feux de forêt se détériore rapidement sous l'action de plusieurs espèces de longicornes qui profitent de cette soudaine disponibilité pour leur reproduction, nutrition et croissance. Ce projet visait à fournir des outils à l'industrie du sciage pour réduire les pertes économiques causées par les longicornes. Dans un premier temps, la colonisation et la ponte du longicorne noir {Monochamus scutellatus scutellatus (Say)) et autres longicornes ont été caractérisées dans cinq brûlis récents. L'abondance des adultes capturés dans des pièges à interception et des larves retrouvées dans les bûches variait selon les brûlis. Lorsque les feux ont fait rage tôt en mai, la colonisation des longicornes s'est effectuée moins intensément. La ponte saisonnière du longicorne noir suivait de près l'activité des adultes, contrairement à celle de Acmaeops proteus proteus (Kirby) où cette dernière était décalée. Ensuite, grâce à la technologie de la tomodensitométrie axiale (CT-Scan), l'estimation de la progression des dommages à plusieurs régimes de température différents selon le type d'essence a été possible. Aux températures les plus élevées (24°C et 28°C), les larves se sont développées rapidement passant ainsi moins de temps dans les tissus sous-corticaux que celles évoluant dans les bûches soumises à de basses températures. Les taux de développement sous-cortical et de progression de la profondeur des galeries mesurées étaient légèrement plus élevés chez l'épinette noire {Picea mariana Mill.) que chez le pin gris {Pinus banksiana Lamb.). Aucun oeuf n'a éclos et aucune larve ne s'est développée sous l'écorce à 12°C La progression des galeries dans les bûches soumises à 20°C ont montré des patrons de progression différents indiquant que les larves peuvent effectuer une diapause sous l'écorce ou dans le bois. À la lumière de ces résultats, des dommages importants peuvent survenir l'année même suivant le passage des feux démontrant la nécessité de débuter la récupération du bois brûlé le plus rapidement possible afin de limiter les pertes économiques causées par les larves de longicorne noir.