Titre de l'écran-titre (visionné le 10 janvier 2024) / La composition en espèces et la structure des écosystèmes forestiers sont le résultat d'interactions complexes entre les processus de recrutement, de croissance et de mortalité, influencés par les conditions environnementales. Les changements actuels du climat, combinés à l'augmentation de la fréquence et de l'intensité des perturbations, engendrent de l'incertitude quant à la productivité des forêts canadiennes dans le futur. Face à cette incertitude, il devient impératif d'adopter des pratiques d'aménagement forestier axées sur l'atténuation des risques, afin d'assurer le maintien des services écologiques offerts par ses écosystèmes, tout en répondant aux besoins en ressources de la société. Dans ce contexte, une prise de décision éclairée nécessite des informations précises et à jour sur l'état des forêts canadiennes. Historiquement, notre connaissance de l'état des forêts reposait sur les inventaires forestiers réalisés dans les provinces et territoires canadiens, qui fournissent des informations sur la disponibilité de la ressource, sa qualité et le rendement attendu. Les perturbations plus fréquentes et la réaction variable des forêts aux changements dans les conditions de croissance rendent toutefois difficile une évaluation complète et précise de la situation des forêts par l'intermédiaire des données issues des réseaux de placettes-échantillon. Les informations contenues dans les cernes de croissance des arbres permettent de mieux comprendre l'influence du climat et des perturbations sur la croissance. Toutefois, les limites imposées par la disponibilité de ces données et l'impossibilité de les collecter en continu sur l'ensemble du territoire forestier rendent leur utilisation peu pratique pour un suivi en temps réel de l'état des forêts. Ces défis peuvent toutefois être relevés par un recours accru aux technologies de télédétection. Les séries temporelles d'imagerie satellitaire, en particulier, fournissent une information en continu sur l'état des forêts, permettant la détection des perturbations ainsi que des changements graduels causés par l'action de stress climatiques. Alors que la plupart des études précédentes sur le sujet se sont principalement concentrées sur la détection et la cartographie de ces changements, peu d'attention a été accordée à la compréhension des causes sous-jacentes et à la quantification de leur impact sur la croissance forestière. Pourtant, ces informations sont cruciales pour mieux prévoir les conséquences des perturbations et des stress induits par le climat, puisque des réductions de croissance prononcées peuvent indiquer une mortalité imminente. Des données précises sur la croissance des forêts sont également essentielles pour une prise de décision éclairée en ce qui concerne les calendriers de récolte et les interventions sylvicoles. L'objectif général de ce projet de recherche était de caractériser l'impact des perturbations partielles et de fournir des informations spatialement explicites sur la croissance des forêts canadiennes en intégrant les données de séries temporelles Landsat et des données collectées sur le terrain. Les deux premiers chapitres de cette thèse ont exploré l'influence des perturbations partielles sur l'état de la canopée forestière et sur la croissance des peuplements affectés, en utilisant des données de placettes-échantillon permanentes et des carottes d'accroissement récoltées dans divers écosystèmes forestiers. Le troisième chapitre a intégré des mesures répétées de placettes-échantillon permanentes et des séries temporelles Landsat pour estimer le taux de croissance annuel net d'une forêt boréale en l'absence de perturbation. Les résultats présentés dans les trois chapitres de cette thèse montrent que des modèles statistiques basés sur des séries temporelles Landsat et calibrés à l'aide de mesures de placettes-échantillon permanentes ou de données de cernes annuels permettent de mesurer la croissance des forêts ainsi que les changements provoqués par des perturbations partielles. L'intégration d'autres sources de données de télédétection telles que le LiDAR facilite l'application des méthodes utilisant l'imagerie satellitaire dans un contexte d'aménagement forestier et permet de prendre en compte de l'influence de facteurs biophysiques et écologiques qui ne peut être captée par l'imagerie satellitaire. Les méthodes et approches proposées dans cette thèse ont le potentiel d'être étendues à un plus large éventail de biomes forestiers en tirant parti de bases de données existantes, améliorant ainsi notre capacité à suivre l'état des forêts canadiennes dans un contexte de changements climatiques. / The species composition and structure of forest ecosystems are shaped by complex interactions between biotic and abiotic drivers that influence recruitment, growth, and mortality processes. Current climate changes, along with the increasing frequency and intensity of disturbances, introduce uncertainty about the future productivity and vigour of Canadian forests. In the face of such uncertainty, adopting forest management practices centred on stewardship and risk mitigation becomes imperative to preserve ecosystem functions while addressing society's resource demands. In this context, informed decision-making requires up to date and accurate information about the condition of Canadian forests. Historically, our knowledge on forest condition relied on field inventories conducted across all provinces and territories, providing information on resource availability, quality, and expected yield. However, intensified disturbances and the variable growth response of forests to climate change make it challenging to comprehensively assess forest situations through sample plot networks. While tree ring data is highly valuable, collecting such data consistently across Canadian forests is impractical. Addressing the challenges of assessing temporal and spatial changes in forest condition can be achieved through remote sensing technologies. Satellite imagery time series, in particular, offer continuous information on forest conditions for detecting disturbances and gradual ecosystem changes. While previous studies primarily focused on detecting and mapping disturbances and related changes in forest condition, less emphasis was given to understanding the underlying causes and quantifying their impact on forest growth. This information is yet critical to forecast the impacts of disturbances and climate-induced physiological stress, as growth declines can indicate imminent mortality. Accurate forest growth data is also crucial for making informed decisions regarding harvest schedules and silvicultural interventions. The general objective of this research project was to characterise the impact of non-stand replacing disturbances and provide spatially explicit information on forest growth across Canadian forests by integrating Landsat time series and field data. The first two chapters of this thesis explored the influence of non-stand replacing disturbances on forest canopy condition and growth rates, using data from permanent sample plots and increment cores collected in diverse forest ecosystems. The third chapter incorporated repeated measurements from permanent sample plots and Landsat time series to estimate the annual net forest growth rate in boreal forests in the absence of disturbance. The results presented in the three thesis chapters demonstrate that statistical models involving Landsat time series and calibrated using permanent sample plot measurements or tree-ring data can effectively assess canopy and forest structure changes caused by non-stand replacing disturbances and measure forest growth under both disturbance and undisturbed conditions. Integrating other remote sensing data sources like LiDAR enhances the applicability of these methods in forest management contexts and allows accounting for the effect of biophysical and ecological factors not captured solely by satellite imagery. The approaches proposed in this thesis have potential for expansion to cover a broader range of forest biomes by leveraging existing datasets, enhancing our ability to monitor Canadian forests response to climate change.

Le boosting est une approche largement utilisée pour résoudre les problèmes de classification et de régression. Sa force réside dans sa capacité à améliorer les performances de classificateurs individuels faibles pour en construire un puissant. La théorie du boosting est bien établie en tant que descente de gradient dans un espace de fonctions. Cependant, la conception d’un apprenant faible qui peut s’amplifier par boosting reste une question ouverte. Inspirés par les algorithmes Adaboost-MH et XGBoost, nous proposons une nouvelle famille d’apprenants faibles appelée Arbres de Hamming multi-classes à niveaux de confiance, où un arbre prenden charge l’encodage de la sortie, effectue un seul partitionnement disjoint de l’espace des instances, et prédit un vecteur de coefficients à valeurs réelles afin de mieux approximer le gradient fonctionnel négatif de la fonction objective. Nous proposons également un algorithme de boosting appelé QuadBoost-MHCR pour la minimisation de la perte quadratique multi-calsses avec encodage multi-classes de Hamming et avec des prédictions à niveaux de confiance. L’algorithme minimise une fonction de perte L2 multi-classes et il est facile de le généraliser, de manière analogue à XGBoost, pour minimiser toute fonction objective deux fois différentiable. / Boosting is a widely used approach for solving classification and regression problems. Its strength lies in its ability to improve the performance of individual weak classifiers to construct a strong one. The theory of boosting is well established as a gradient descent in functional space. However, the design of a boostable weak learner is still an open issue. Inspired by the algorithms Adaboost-MH and XGBoost, we propose a new family of weak learners called confidence rated multi-class Hamming trees where a tree supports output coding, performs a single disjoint partitioning of the input space, and outputs a real valued vector in order to better approximate the negative functional gradient of the cost function. We also propose ajoint boosting algorithm, called QuadBoost-MHCR for Quadratic Loss Boosting with Multi-class Hamming output encoding, and Confidence Rated predictions. The algorithm minimizes a multi-class L2-loss function, and it is easy to extend it, in an XGBoost fashion, to minimize any twice differentiable loss function.

Dans ce présent mémoire, nous présenterons dans un premier temps l’algorithme d’arbres binaires de partitionnement et la forêt d’isolation. Les arbres binaires sont des classificateurs très populaires dans le domaine de l’apprentissage automatique supervisé. La forêt d’isolation appartient à la famille des méthodes non supervisées. Il s’agit d’un ensemble d’arbres binaires employés en commun pour isoler les instances qui semblent aberrantes ou anormales. Par la suite, nous présenterons l’approche que nous avons nommée "Exponential smoothig" (ou "pooling"). Cette technique consiste à encoder des séquences de variables de longueurs différentes en un seul vecteur de taille fixe. En effet, l’objectif de ce mémoire est d’appliquer l’algorithme des forêts d’isolation pour identifier les anomalies dans les réclamations et les formulaires d’assurances disponibles dans la base de données d’une grande compagnie d’assurances canadienne. Cependant, un formulaire est une séquence de réclamations. Chaque réclamation est caractérisée par un ensemble de variables. Ainsi, il serait impossible d’appliquer l’algorithme des forêts d’isolation directement sur ce genre de données. Pour cette raison, nous allons appliquer le pooling. Notre application parvient effectivement à isoler des réclamations et des formulaires anormaux. Nous constatons que ces derniers ont plus tendances à être audités parla compagnie que les formulaires normaux. / In this thesis, we will first present the binary tree partitioning algorithm and isolation forests. Binary trees are very popular classifiers in supervised machine learning. The isolation forest belongs to the family of unsupervised methods. It is an ensemble of binary trees used in common to isolate outlying instances. Subsequently, we will present the approach that we have named "Exponential smoothig" (or "pooling"). This technique consists in encoding sequences of variables of different lengths into a single vector of fixed size. Indeed, the objective of this thesis is to apply the algorithm of isolation forests to identify anomalies in insurance claim forms available in the database of a large Canadian insurance company in order to detect cases of fraud. However, a form is a sequence of claims. Each claim is characterized by a set of variables and thus it will be impossible to apply the isolation forest algorithm directly to this kind of data. It is for this reason that we are going to apply Exponential smoothing. Our application effectively isolates claims and abnormal forms, and we find that the latter tend to be audited by the company more often than regular forms.

Par leurs effets sur les plantes, les grands herbivores peuvent non seulement modifier les communautés végétales, mais également compromettre la régénération forestière suite à une perturbation. Bien que les relations plantes-herbivores soient étudiées depuis longtemps, certaines lacunes demeurent quant à notre capacité à anticiper les effets de différentes pressions de broutement sur la forêt et sa succession. Parfaire nos connaissances sur ce sujet est d'autant plus important que l'augmentation des densités de grands herbivores dans plusieurs régions d'Amérique du Nord et d'Europe pourrait nuire à l'atteinte des objectifs d'aménagement, incluant ceux s'inscrivant sous le paradigme de l'aménagement écosystémique des forêts. Les fortes densités de grands herbivores sont ainsi susceptibles d'affecter non seulement l'intégrité des forêts, mais également leur capacité à fournir des services écosystémiques. Dans un premier temps, j'ai étudié les effets de différentes pressions de broutement par l'orignal sur les communautés végétales et la succession des sapinières à bouleaux blancs de l'Est après coupe, en utilisant un dispositif expérimental constitué d'exclos et de parcelles appariées situé en Gaspésie, Québec. Mes travaux montrent comment la magnitude de l'effet de l'orignal sur les communautés végétales et leur succession dépend de l'intensité de la pression de broutement. Bien que toutes les pressions de broutement aient eu un effet, une pression élevée diminuait davantage l'abondance de gaules du sapin baumier, du bouleau et du sorbier, tout en augmentant le couvert de framboisiers, ce dernier atteignant jusqu'à 60% de recouvrement. Dans un deuxième temps, j'ai analysé les effets directs et indirects du broutement sur la basse régénération des principales espèces arborées, ainsi que l'effet sur le recrutement des gaules, afin de savoir si l'orignal pouvait nuire à l'atteinte des cibles de l'aménagement écosystémique. Les résultats montrent que des pressions de broutement modérées à élevées empêchent l'atteinte de plusieurs objectifs d'aménagement, ce qui implique des conséquences tant pour l'industrie forestière que pour la préservation de l'intégrité de la forêt. Finalement, j'ai examiné si les effets observés dans les premiers chapitres du broutement par l'orignal sur les feuillus pouvaient fournir un service écosystémique de contrôle des compétiteurs dans les plantations d'épinettes. Les résultats montrent que non seulement l'orignal peut fournir un tel service, mais également qu'il est plus efficace, du moins sous les densités étudiées, que le dégagement mécanique normalement prescrit. Ma thèse approfondit ainsi nos connaissances fondamentales sur les relations plantes-herbivores tout en identifiant les conséquences de ces relations pour la gestion et l'aménagement des forêts en explorant une application pratique qu'elles peuvent avoir pour certains scénarios d'aménagement. Plusieurs résultats conduisent à la recommandation de différentes mesures applicables dès maintenant, la principale étant la nécessité pour les gestionnaires forestiers et fauniques de collaborer afin de faciliter l'atteinte de leurs objectifs respectifs. / Through their effects on plants, large herbivores can not only alter plant communities, but also affect forest regeneration following disturbance. Although plant-herbivore relationships have been studied for a long time, it remains difficult to anticipate the effects of different browsing pressures on the forest and its succession. Improving our knowledge on this topic is especially important as increasing densities of large herbivores in many parts of North America and Europe could hinder the achievement of management objectives, including those related to ecosystem-based forest management. High densities of large herbivores may thus compromise not only the integrity of forests, but also their ability to provide ecosystem services. First, I studied the effects of different moose browsing pressures on plant communities and succession in eastern balsam fir - paper birch forests after logging, using an experimental design consisting of exclosures and paired plots located in Gaspésie, Quebec. My work shows how the magnitude of the effect of moose on plant communities and their succession depends on the intensity of browsing pressure. Although all browsing pressures had an effect, heavy pressure further decreased the abundance of balsam fir, birch and American mountain-ash saplings, while increasing raspberry cover, which reached up to 60% cover. Second, I analyzed the direct and indirect effects of browsing on the low regeneration of dominant tree species, as well as the effect on sapling recruitment, to determine if moose could interfere with the achievement of ecosystem-based management targets. The results show that moderate to high browsing pressures prevent the achievement of several management objectives, implying consequences for both the forest industry and the preservation of forest integrity. Finally, I examined whether the effects observed in the earlier chapters of moose browsing on deciduous could provide an ecosystem service related to competitors control in spruce plantations. The results show that moose provide such service, but also that it is more effective, at least at the densities studied, than the mechanical release normally prescribed. My thesis thus deepens our fundamental knowledge of plant-herbivore relationships while identifying the consequences of these relationships for the management of forests and exploring a practical application they may have for certain management scenarios. Several results lead to the recommendation of different measures that can be applied now, the main one being the need for forest and wild life managers to collaborate in order to facilitate the achievement of their respective objectives.

Le dépérissement et l’effondrement des peuplements matures dominés par le peuplier faux-tremble (Populus tremuloides Michx.) ont souvent été observés un peu partout en Amérique du Nord. Des études récentes indiquent que la sécheresse, la défoliation par les insectes, l’activité des pathogènes fongiques et les changements climatiques constituent les facteurs majeurs responsables de ces phénomènes dans l’ouest canadien. Ils s’observent également au Québec aux endroits où l’on retrouve de vieux peuplements de peuplier. L’objectif de cette étude est de déterminer les taux d’apparition de dépérissement et d’effondrement du peuplier faux-tremble dans le nord-est de l’Alberta et de déterminer leur variabilité dans le paysage. Nous avons utilisé des données de deux inventaires forestiers consécutifs réalisés en 1978 et en 1990 pour produire un échantillon de 6837 points (peuplements ou parties de peuplements). Nous n’avons retenu que les peuplements de peuplier purs ou presque purs, âgés de 60 ans et plus et dont la hauteur dans le premier inventaire est supérieure à 6-12m. Les attributs du peuplement, tels que la hauteur, l’âge, la densité et la composition du sous-bois, ont été analysés pour déceler des trajectoires de succession possibles et identifier le dépérissement et l’effondrement. Ces attributs du peuplement, avec l’indice d’humidité du climat, le type de couvert forestier et l’intervalle de temps entre les inventaires ont été utilisés comme variables dans les modèles de régression logistique prédisant l’effondrement et le dépérissement. Nos résultats confirment qu’il y a bel et bien dépérissement et effondrement de peupliers: sur un échantillon final de 1756 peuplements, 171 sont classés comme peuplements ayant connus un dépérissement ou un effondrement sur une période d’environ 17 ans, soit 9,73 % de notre échantillon final. Le taux annuel d’effondrement et de dépérissement est de 0,59%, tandis que celui du dépérissement uniquement est de 0,15 %. L’âge, la présence de sous-bois et l’interaction climat-âge augmentent avec la probabilité d’effondrement et de dépérissement tandis que la densité et l’indice d’humidité du climat influencent négativement ces deux phénomènes. Un effet aléatoire à l’échelle du paysage avec une variance de 0,83 (traduisant une influence non négligeable de l’effet aléatoire) contre une variance résiduelle de 0,92 a été observé à partir de l’analyse de modèles mixtes. L’âge et la densité du peuplement restent les meilleurs prédicteurs de ces deux phénomènes. / Dieback and collapse of mature stands dominated by trembling aspen (Populus tremuloides Michx.) have often been observed in North America. Recent studies indicate that drought, insect defoliation, activity of fungal pathogens and climate change are the major factors responsible for these phenomena in Western Canada. They are also observed in Quebec, where we find old aspen stands. The objective of this study is to determine the rates of aspen dieback and collapse in north-eastern Alberta and to determine their variability across the landscape in order to develop predictive statistical models based on stand attributes and climate moisture index. Forest inventory data from approximately 1978 and 1990 were used to produce a large sample of 6837 points (a statistical unit meaning a stand or a part of a stand). A subset of this sample where only pure or nearly pure aspen stands 60 years old or greater and whose height in the first inventory was greater than 6-12m were selected for analysis. The stand attributes height, age, density and the presence or absence of regeneration were compared between the two inventories to find possible successional pathways and identify the phenomena of concern. These stands attributes, along with a climate moisture index, forest cover type and the number of years between inventories, were used as covariates in logistic regression models to predict the aspen collapse and dieback. Our findings confirm the occurrence of aspen dieback and collapse: in a final sample of 1756 points, 171 are classified as having undergone dieback and collapse after 17 years, or approximately 9.73% of our final sample. The annual rate of joint collapse and dieback is 0.59%, while for dieback only it is 0.15%. Age, presence or absence of regeneration and the interaction of climate moisture index and age increase the probability of collapse and dieback. Stand density and climate negatively influence the two phenomena. A landscape level random effect with a variance of 0.83 (showing the importance of random effect influence) versus a residual variance of 0.92 was observed in the mixed models analysis. Stand age and density remain the best predictors of these two phenomena.

La culture en couloir avec Inga edulis est en promotion en Amérique tropicale dont au district de Toledo, au Belize. Elle consiste à des couloirs de quatre mètres de culture bordés de haies d’Inga edulis en densité de 2500 arbres/ha. La production des plantules d’Inga se fait habituellement à partir de graines plantées en sacs en pépinière. Les coûts associés à cette production de plantules et la nature des graines d’Inga qui sont récalcitrantes sont des facteurs pouvant influencer l’adoption de ce système agroforestier. Le premier objectif est d’évaluer l’efficacité de la propagation végétative en polypropagateur sans brumisation. Le deuxième est l’évaluation du temps de production et d’implantation du système par la propagation végétative ainsi que par les méthodes de propagation par semences en pépinière et en champs. Le troisième objectif consiste à l’évaluation des facteurs jouant sur l’acquisition et la production de plantules d’arbres par les petits producteurs de la région. Celle-ci a été effectuée à l’aide de vingt entrevues semi-dirigées avec des petits producteurs de sept villages et trois ONG du district. Selon les résultats, la production de boutures en polypropagateur est intéressante et montre des taux d’enracinement au-delà de 75 % pour plusieurs traitements. Les différentes méthodes de propagation présentent des temps d’implantation du système agroforestier de 78j.h/ha pour les semis en sac, de 72j.h/ha pour les boutures et de 61j.h/ha pour les semences en champs. Le transport du matériel végétal vers les sites de plantation semble être un facteur clé émanant des entrevues et de l’évaluation des techniques d’implantation. Une distance plus élevée privilégie l’utilisation du semis direct. La consultation de la population locale combinée aux expérimentations sur le terrain ont permis de définir les meilleures méthodes pour l’implantation, selon diverses situations pour la culture en couloir avec Inga edulis / Inga alley cropping is in promotion in tropical America, including Belize in the district of Toledo. This approach consists of a 4 m-wide alley intermitted with row of Inga edulis with a density of 2500 trees/ha. Inga seedling production is normally done with seeds planted in bags at a nursery. The associate cost of this production and the unorthodox seeds of Inga edulis are factors influencing the adoption of this agroforestry system. The first objective is to estimate the efficiency of vegetative propagation of Inga edulis in a non-mist polypropagator. The second is to evaluate the time of production of seedlings and setting-up of the system by vegetative propagation as well as by the methods of propagation by seeds in a tree nursery and but also in direct seeding in the fields. The third objective consists of evaluation of factors playing on the acquisition and the production of seedlings of trees by the small producers of the region. This objective was met by carrying out twenty semi-structured interviews with small producers from seven villages and three NGOs of the Toledo district. According to the results, cuttings production with a non-mist polypropagator is interesting and shows rooting rates above 75 % for several treatments. The various methods of propagation demonstrate times for establishment of the agroforestry system of 78 Man-days/ha for the sowing in bag, of 72 md/ha for cuttings and of 61md/ ha for field direct sowing. The transport of vegetal material towards the plantation sites seems to be a key limiting factor for establishment of the system identified from interviews and from the evaluation of establishment methods. A greater distance from fields favors the use of direct sowing. Local consultations combined with field trials permitted definition of the best methods in diverse situations for Inga alley cropping establishment.

Le bois est un matériau renouvelable et une source d'énergie importante dont les caractéristiques physiques et chimiques sont largement définies durant sa formation et plus spécifiquement à l'étape de déposition de la paroi cellulaire secondaire (DPCS). Comprendre les déterminants moléculaires régissant la DPCS améliorera nos connaissances de ce processus biologique et les stratégies d'amélioration génétique du bois. Les études d'associations génétiques ont identifié de nombreux gènes impliqués dans l'étape de DPCS chez l'espèce modèle d'arbre Populus trichocarpa. Ces études n'ont pas permis d'expliquer la plupart de l'héritabilité observé pour des traits phénotypiques en utilisant seulement les variations génétiques communes. Les variations génétiques rares caractérisées par leurs faibles fréquences dans les populations sont prometteuses pour expliquer une plus grande part de l'héritabilité manquante, surtout les variants avec un effet perturbateur sur les produits géniques. Le premier chapitre de cette thèse examine la littérature scientifique sur les dernières innovations technologiques et méthodologiques basée sur la génomique qui sont utilisées pour étudier les aspects moléculaires de la formation du bois. Les avancées dans les technologies de séquençage et l'assemblage de nouveaux génomes végétaux ont permis d'élargir la gamme d'organismes disponible pour l'étude de la formation du bois. L'étude des ARN non codants et des interactions épigénétiques est devenue une partie importante de la recherche sur la régulation de l'expression des gènes impliqués dans la formation du bois. La génétique des systèmes couplée à la théorie des réseaux a été utilisée pour intégrer plusieurs couches de données moléculaires afin d'étudier la formation du bois en tant que processus biologique complexe. En termes d'amélioration du bois, la sélection basée sur la génomique a produit des résultats prometteurs par rapport aux approches de sélection traditionnelles. Les technologies de criblage à haut débit et le reséquençage rentable de génomes complets permettent désormais d'identifier les variants génétiques rares dans une population. Cependant, ces variants rares doivent être identifiées avec confiance car ils peuvent facilement être confondus avec des erreurs de séquençage. Dans le deuxième chapitre, le reséquençage de génomes entiers de P. trichocarpa a été utilisé pour identifier les petites variations génétiques rares et communes présentes chez un grand nombre d'individu. Les variations génétiques caractérisées par deux logiciels d'identification de variants ont été comparées et strictement filtrées en fonction de leur qualité. Nous avons trouvé une grande diversité génomique chez P. trichocarpa, avec 8,5 millions de petites variations génétiques. Fait important, 377 000 variations non-synonymes (5 % du total) ont été découvertes. L'importance de la diversité génomique et le potentiel des variations génétiques défectueuses rares pour expliquer une part importante de la variabilité phénotypique de P. trichocarpa sont mis en évidence. Les variations perturbatrices de l'ADN codant peuvent mener à des produits géniques défectueux et être utilisées en sélection moléculaire. Dans le troisième chapitre, 58 variations génétiques perturbatrices ont été identifiées dans les gènes de DPCS chez P. trichocarpa. Des données transcriptomiques ont ensuite été utilisées pour examiner les patrons d'expression de ces gènes. Une différence d'expression significative a été observée entre les individus avec et sans variants perturbateurs pour 13% des transcrits de gènes dans lesquels des variants perturbateurs ont été trouvés. Chez les individus hétérozygotes, l'expression spécifique de l'allèle correspondant aux variants perturbateurs et à l'allèle de référence était significativement différente pour la moitié de nos observations et variait significativement entre génotypes, clones et environnements. Le potentiel de deux variants perturbateurs dans deux gènes d'hémicellulose a été évalué pour l'amélioration du bois. Ces résultats révèlent une régulation complexe de l'expression des gènes de DPCS possédant des variations perturbatrices et soulignent l'importance des influences environnementales sur l'expression des transcrits. Cette thèse démontre l'importance de la conception des études génomiques pour l'identification des variants génétiques rares. La régulation complexe de l'expression des gènes de DPCS associée à la présence de variants perturbateurs a aussi été mise en évidence. Récemment, le domaine de la génomique du bois a connu une évolution vers une approche de plus en plus holistique pour déchiffrer la formation du bois en tant que processus biologique complexe. Les connaissances qui en résulteront amélioreront davantage nos connaissances sur les déterminants moléculaires de la formation du bois et renforceront l'efficacité des stratégies d'amélioration des arbres. / Wood is an important renewable material and energy source whose physical and chemical characteristics are mainly determined during its formation, and specifically the secondary cell wall deposition (SCWD) step. Understanding the molecular determinants of the SCWD process is thus important to improve knowledge of this biological process and wood improvement strategies. Genomics studies in the form of genetic association studies identified many genes involved in the SCWD step in the tree model species Populus trichocarpa but failed to explain most of the observed heritability in phenotypic traits using common genetic variation only. Rare genetic variants characterized by their low frequency in populations hold potential to explain more of the missing heritability, especially those variants with a disruptive effect on gene products. The first chapter of this thesis review the research literature on the latest genomics-based technological and methodological innovations used to study the molecular aspects of wood formation. Summary of these advancements highlight how breakthroughs in sequencing technologies and the availability of additional assembled and functionally annotated plant genomes have broadened the scope of organisms for investigating the distinct wood formation patterns among seed plants. The study of non-coding RNAs and epigenetic interactions has become an important part of the research on the expression regulation of genes implicated in wood formation. Systems genetics coupled with network graph theory have been used to integrate multiple layers of molecular data to study wood formation as a complex biological process. In terms of wood improvement, genomics-enabled breeding has produced similar or even better results compared to traditional selection approaches. High-throughput technologies and cost-efficient resequencing of complete genomes have enabled the identification of every genetic variation along genomes, and it is now possible to identify rare genetic variants in a population sample. Rare genetic variants, however, must be identified with high confidence, as they can easily be confounded with sequencing errors. In the second chapter, whole genome resequencing of Populus trichocarpa were used to identify rare and common small genetic variants across individual genomes. The genetic variations identified by two variant calling software were compared and filtered using strict quality criteria. Based on the variants identified by both variant callers, we found high genomic diversity in P. trichocarpa germplasm, with 8.5 million small genetic variants. Importantly, 377k non-synonymous variants (5% of the total) were uncovered. The importance of genomic diversity and the potential of rare defective genetic variants in explaining a significant portion of P. trichocarpa's phenotypic variability in association genetics are highlighted. Disruptive variants within coding DNA predictably leads to defective gene products and may be targets for molecular breeding. In the third chapter, 58 disruptive genetic variants were identified in P. trichcocarpa's SCWD genes, using the genetic variants recovered in Chapter 2. Two transcriptomic datasets were then used to examine the expression patterns of these genes. Transcript expression differed significantly between individuals with disruptive variants and those without in 13% of gene transcripts in which disruptive variants were found. In heterozygous individuals, the allele-specific expression of disruptive variants and the reference allele was significantly different in approximately half of our observations and varied significantly between genotypes, clonemates and environments. The potential of two disruptive variants in two hemicellulose genes, GUX and GT8D2, was also evaluated for wood improvement. Overall, these results show complex expression regulation of SCWD genes with disruptive variants and highlight the importance of environmental influences on transcript expression. This thesis demonstrates the importance of study design for the proper identification of rare genetic variants. In addition, the complex regulation of SCWD gene expression associated with the presence of disruptive variants have been highlighted. Over the past five years, the field of wood genomics has seen a shift to an increasingly holistic approach to help decipher wood formation as a complex biological process. The resulting knowledge will further improve our knowledge about the molecular determinants of wood formation and enhance the efficiency of tree breeding strategies.

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.

Dans les pays en voie de développement, les agriculteurs sont très dépendants des arbres pour offrir une grande diversité de produits tels que des outils, de la nourriture, des médicaments, du bois de chauffage et de construction. Les arbres offrent ainsi un grand potentiel socioéconomique et environnemental pour les paysans. Par contre, malgré leurs usages multiples, les arbres fruitiers semblent être une des cultures ayant le moins d'incidence dans le revenu familial depuis la crise du café des années 1980, dans les Hauts-Plateaux de l'Ouest du Cameroun. Nous nous sommes demandé quelles étaient les principales contraintes et opportunités des paysans pour l'intégration et l'entretien des arbres fruitiers dans leurs systèmes de culture afin de connaître les aspects à favoriser pour augmenter le revenu des paysans à l'aide des arbres fruitiers en systèmes agroforestiers. Pour ce faire, nous avons entrepris une méthodologie participative. Un premier groupe de discussion avec les délégués d'arrondissement, des chefs de poste et quelques paysans clés nous a permis d'identifier les dix villages où la recherche a eu lieu afin d'obtenir une vision globale de l'état des arbres fruitiers dans le département de la Menoua. Dans chaque village, un groupe de discussion ainsi que des enquêtes auprès des agriculteurs étaient planifiés, pour connaître les caractéristiques de l'exploitation agricole et du ménage. Les résultats nous permettent de décrire les caractéristiques des systèmes agrisylvicoles dans la Menoua, les produits et services fournis par les arbres et leurs apports socioéconomiques. Les arbres fruitiers les plus importants économiquement parlant dans la Menoua sont l'avocatier, le colatier et le safoutier. Les arbres fruitiers sont utiles aux paysans, comme nourriture dans les champs ainsi que dans la pharmacopée traditionnelle et ils peuvent combler jusqu'à 20% du revenu des ménages de la Menoua. Les fruitiers pourraient donc être une option favorable à la diversification des revenus des paysans pour le développement socio-économique de la région de l'Ouest du Cameroun.

Les perturbations naturelles font partie intégrante de l’aménagement des forêts boréales canadiennes. Des débouchés doivent être trouvés pour les quantités importantes de bois provenant d’arbres dégradés ou morts. Une option prometteuse est la bioénergie. Cependant, il est essentiel de regarder la rentabilité de cette filière. Une approche par étude de cas a été réalisée pour évaluer la rentabilité d’une usine de bioénergie qui utilise de la biomasse dégradée, dans la province de Québec (Canada), en s’approvisionnant sur les mêmes territoires que les usines de sciage et de pâte. Les opérations forestières de récolte et transport ont été simulées. La rentabilité d’un scénario témoin, pour lequel seulement la récolte de bois marchand destiné au sciage et à la pâte et qui laisse les arbres trop dégradés intacts, a été comparée à la rentabilité d’un scénario transformant les arbres dégradés en bioénergie, tout en transformant les arbres sains en sciage et pâte. Aussi, l’effet de la répartition des coûts fixes sur un plus grand volume de bois a été évalué. Les bénéfices de la récolte de biomasse pour la bioénergie, en termes de réduction de l’intensité des travaux de préparation de terrain, a aussi été évaluée. Les résultats montrent qu’au prix actuel du marché, dominé par les granules de bois, la récolte de bois morts ou dégradés pour faire de la bioénergie n’est pas aussi rentable que de laisser les arbres debout, non coupés. Le scénario de bioénergie reste rentable lorsque le niveau de dégradation moyen est modéré. Aussi, la répartition des coûts fixes sur un plus grand volume de bois a permis de réaliser des économies de 2.83$C/m3 en moyenne. Finalement, la récolte de biomasse pour la bioénergie a permis de réaliser des économies allant de 0 à 500$/ha, en évitant des coûts de préparation de terrain.