Résumé 1: Des aires protégées persistantes pour former des réseaux de conservation représentatifs : une solution à la dualité de protection des fonctions écologiques et de la biodiversité à long terme— Étude de cas au Moyen Nord du Québec. Les récents développements en planification systématique de la conservation intègrent la notion de persistance à la représentation écologique afin de conserver la biodiversité à long terme et protéger les processus à l’origine même de ce qui génère la diversité. L’approche présentée dans cette étude propose des aires protégées persistantes qui sont 1) assez grandes pour maintenir les processus naturels comme les feux, 2) les plus intactes possibles pour servir de site de référence à l’évolution des écosystèmes naturels et 3) qui favorisent la connectivité hydrologique de manière à protéger les écosystèmes aquatiques. Ces aires protégées persistantes peuvent être assemblées en réseaux de conservation qui sont dans l’ensemble représentatifs. Deux algorithmes automatiques ont ainsi été développés pour modéliser des aires protégées persistantes sur le territoire (Builder) et pour configurer des réseaux optimisant la représentation de la biodiversité (Ranker). La méthode a été testée pour la première fois au Moyen Nord du Québec. Résumé 2 : Développer la conciliation mines —aires protégées en utilisant un système d’aide à la décision pour planifier des réseaux de conservation représentatifs de la biodiversité Reconnaissant d’une part l’importance socio-économique de l’industrie minière et de l’autre l’importance de conserver le patrimoine naturel, il est alors impératif de favoriser une meilleure conciliation de ces deux éléments lors de l’aménagement du territoire. Dans cette étude, nous présentons un système d’aide à la décision qui permet de comparer plusieurs scénarios de conservation différents quant à leur capacité à représenter la biodiversité. La méthode appliquée au Moyen Nord du Québec analyse des scénarios agrandissant le réseau de conservation existant jusqu’à 12 et 17% du territoire à l’aide d’aires protégées persistantes. Ces scénarios on été évalués en excluant les zones réservées à l’industrie minière dans le but de vérifier s’il était possible de constituer des réseaux d’aires protégées représentatifs qui maximisent le potentiel en conservation de la biodiversité au Moyen Nord tout en minimisant les impacts sur l’industrie minière. / Abstract 1: Design persistent protected areas to form representative conservation networks: solving the dual problem to protect ecosystem functions and biodiversity on the long term —Case study: conservation planning in Quebec’s Moyen Nord Recent developments in conservation planning integrate persistence of biodiversity on the long term with representation objective. To maintain biodiversity on the long-term and keep its dynamic aspect, criteria of size, intactness and connectivity are identified as key components in the design process. Our systematic conservation planning method considers all three features through protected areas known as ecological benchmarks that 1) are big enough to sustain large-scale ecological process such as fire, 2) are highly intact to be used as reference sites and 3) are connected via the hydrological system using catchments as planning units in order to protect freshwaters. Promoting persistence, ecological benchmarks can be assembled to form networks that are in aggregate representative. We developed two automated algorithms to build benchmarks (Builder) and to combine them into potential networks that are ranked from most performing to worst according to their representation (Ranker). The method was tested for the first time in the province of Quebec. Abstract 2: Developing conciliation between mining and protected areas using a decision making system to plan for representative conservation networks Recognizing the economic importance of the mining industry and the ecological importance of safeguarding biodiversity, there is a need to develop better conciliation of these two elements during land-use planning. In this study, we present a decision-making system which allows the comparison of different conservation scenarios according to their capacity to represent biodiversity. The method has been applied in Quebec’s Moyen Nord to analyze scenarios enlarging the existing conservation network until 12 and 17 % of the territory is reached using persistent protected areas known as ecological benchmarks. These scenarios excluded mining activity zones to verify if it is possible to establish a representative protected areas network which maximizes the protection of biodiversity while minimizing the impacts on the mining industry.

J'analyse un épisode récent de négociation d'une nouvelle image formelle de la nature. La popularisation de l'idée de biodiversité dans les années 1980-90 a engendré un effort d'actualisation des représentations institutionnelles de la nature : les espèces menacées et les aires protégées cèdent le pas, tout en s'y intégrant, aux indicateurs de la diversité biologique. Comment l'objectivité et la légitimité de cette nouvelle image de la nature est-elle négociée? Comment l'idée de biodiversité est-elle domestiquée dans un outil cognitif tel qu'un indice de biodiversité? Mon analyse s'appuie sur les travaux en sociologie de la science qui postulent que les produits d'une entreprise scientifique n'ont rien d'évident et qu'ils sont le résultat d'une négociation des paramètres de la ± bonne ¿ science. Dans cette optique, je mets en relief les différentes conceptions de la ± bonne ¿ science qui s'opposent parmi les acteurs qui participent à la conception de l'Indice canadien de la biodiversité.

Titre de l'écran-titre (visionné le 25 septembre 2023) / La baie de Sept-Îles (BSI) abrite le port minéralier le plus important en Amérique du Nord, de même que quelques industries qui œuvrent dans l'extraction, la transformation et l'exportation de matière minérale. Afin de déterminer les impacts de ces activités portuaires d'importance sur les communautés de microorganismes, ainsi que des changements climatiques sur cet écosystème côtier, une combinaison du biosuivi environnemental et de l'approche paléoécologique a été utilisée dans ce projet. Grâce à la méthode de biosuivi environnemental, en analysant les échantillons d'eau de surface, les conditions de base actuelles de la BSI peuvent être déterminées, tandis qu'avec l'approche paléoécologique et l'analyse de sédiment, ce sont les variations temporelles du passé qui peuvent être déterminées. Les objectifs du projet sont d'évaluer la biomasse photosynthétique estivale dans les eaux de surface de la baie de Sept-Îles, d'explorer la diversité et la répartition des producteurs primaires dans ces eaux et d'explorer les assemblages de pigments présents dans une archive sédimentaire provenant de la BSI afin de quantifier les changements survenus depuis les 550 dernières années. Pour ce faire, les assemblages de pigments algaux et bactériens contenus dans les échantillons d'eau de surface et de sédiment ont été analysés avec la méthode de chromatographie liquide à haute performance (HPLC). Puisque chaque pigment est associé à un ou plusieurs taxons algaux ou bactériens, l'état de la communauté phytoplanctonique et benthique, ainsi que la biomasse algale de la BSI peuvent être estimés. Les résultats de ce projet de recherche nous permettent de conclure qu'il est difficile de déceler des effets des industries ou de l'achalandage maritime récent, bien qu'il semble que certains pigments soient moins abondants dans les sédiments récents que dans le passé, représentant l'ère préindustriel. Il est également difficile de distinguer les effets anthropiques directs des effets naturels liés aux changements climatiques. Pour cela, on devrait intégrer des marqueurs industriels spécifiques, tels certains métaux lourds ou particules relâchés par les industries. Ce travail contribue aux connaissances et à la compréhension de la dynamique à long-terme de l'environnement aquatique de la région de Sept-Îles. / The Bay of Sept-Iles (BSI) is home to the largest mineral port in North America, as well as a few industries involved in the extraction, processing, and export of mineral material. To determine the impacts of these important port activities and climate change on microbial communities, a combination of environmental biomonitoring and paleoecological approach was used in this project. Through the environmental biomonitoring method, by analyzing surface water samples, the current baseline conditions of the BSI can be determined, while with the paleoecological approach and sediment analysis, it is the temporal variations of the past that can be determined. The objectives of the project are to evaluate summer photosynthetic biomass in the surface waters of Sept-Iles Bay, to explore the diversity and distribution of primary producers in these waters, and to explore pigment assemblages present in a sedimentary archive from the BSI to quantify changes over the last 550 years. To do this, the assemblages of algal and bacterial pigments contained in the surface water and sediment samples were analyzed using the High-Performance Liquid Chromatography (HPLC) method. Since each pigment is associated with one or more algal or bacterial taxa, the state of the phytoplankton and benthic community, as well as the algal biomass of the BSI can be estimated. The results of this research project allow us to conclude that it is difficult to detect the effects of recent industries or maritime traffic, although it appears that some pigments are less abundant in recent sediments than in the past, representing the pre-industrial era. It is also difficult to distinguish direct anthropogenic effects from natural effects related to climate change. For this, we should integrate specific industrial markers, such as certain heavy metals or particles released by industries. This work contributes to the knowledge and understanding of the long-term dynamics of the aquatic environment of the Sept-Iles region.

Ce mémoire présente une étude exploratoire visant à estimer la valeur économique de la biodiversité dans un contexte de différentes intensités d'aménagement forestier. Le projet Triade de la Mauricie. instaurant un zonage sur le territoire forestier, a servi de contexte à l'étude. La méthode de l'évaluation contingente est utilisée. Il s'agit de réaliser une enquête par questionnaire demandant le consentement à payer (CAP) des répondants pour un changement de biodiversité. Le questionnaire visait deux populations : les résidents de La Tuque et les villégiateurs de zones d'exploitations contrôlées et de pourvoiries du Haut-Saint-Maurice. Trois objectifs spécifiques viennent préciser l'étude : (1) évaluer le consentement à payer (CAP) des répondants pour des situations d'aménagement forestier différentes; (2) identifier les caractéristiques des répondants qui influencent leur consentement à payer; (3) valider l'importance des fonctions de la forêt pour les répondants. Les valeurs de CAP pour un changement de biodiversité obtenues dans cette étude sont conservatrices. Comme tous les résultats d'évaluations contingentes, nos résultats sont probablement fortement influencés par le contexte de l'étude, son scénario et son mode de paiement. Néanmoins, cette étude pourrait alimenter la réflexion sur l'intégration de la biodiversité à la gestion forestière et servir de base à d'autres études de monétisation des valeurs intangibles dans un contexte québécois.

Le triclosan, un biocide aujourd’hui largement répandu dans l’environnement, peut engendrer des effets négatifs sur les organismes qui y sont exposés. Une infrastructure bleue, les marais filtrants, est proposée comme une solution appropriée pour mitiger les risques liés à ce contaminant. Cependant, les recherches sont toujours incomplètes quant aux impacts du triclosan sur l’état écologique et les performances de cette phytotechnologie. Mon projet de recherche a ainsi pour but d’établir les effets du triclosan en mésocosme de marais filtrants. Pour ce faire, des monocultures et polycultures de trois plantes indigènes au Canada ont été étudiées, en détaillant les impacts du triclosan sur l’efficacité du dispositif expérimental et sur la santé l’écosystème associé. Bien que les végétaux sélectionnés possèdent des taux d’enlèvement des polluants typiques (ammonium, nitrite, nitrate et orthophosphate) très variés, ainsi que des biomasses très divergentes, contrairement à d’autres études, le triclosan n’a pas eu d’impacts sur ces paramètres. Le biocide a toutefois affecté négativement l’Eutrochium maculatum au niveau physiomorphologique, mais Sporobolus michauxianus et Phragmites australis subsp. americanus présentent à l’inverse des signes de résilience. Le potentiel d’oxydo- réduction ainsi que la biomasse algale et bactérienne photosynthétique de l’effluent sont significativement réduits en présence du polluant. Le triclosan a également influencé le microbiote du substrat, des racines et de la rhizosphère, notamment en modifiant la structure des communautés bactériennes et en réduisant significativement la diversité alpha du substrat des monocultures. Cependant, les mésocosmes de polyculture exposés au triclosan semblent résistants, et l'analyse in vivo BIOLOGTM EcoPlate de la caractérisation des fonctions métaboliques des communautés a permis d'identifier la dégradation possible de molécule comparative au triclosan résiduel au sein des mésocosmes.Cette recherche contribue à approfondir la compréhension des conséquences liées au triclosan sur les marais filtrants, en plus de proposer la diversité végétale pour mitiger les impacts sur les communautés microbiennes. / Triclosan, a biocide now widely present in the environment, can have negative effects on exposed organisms. A blue infrastructure, treatment wetlands, is proposed as an appropriate solution to mitigate the risks associated with this contaminant. However, research is still incomplete on the impacts of triclosan on the ecological health and performance of this phytotechnology. The aim of my research project is therefore to establish the effects of triclosan in treatment wetland mesocosms. Thus, monocultures and polycultures of three plants native to Canada were studied, detailing the impacts of triclosan on the efficiency and ecosystem health of the experimental set-up. Although the plants selected had widely differing rates of removal of typical pollutants (ammonium, nitrite, nitrate, and orthophosphate), as well as extensively divergent biomass, unlike other studies, triclosan had no impact on these parameters. The pollutant did, however, adversely affect Eurtochium maculatum physiomorphologically, but Sporobulus michauxianus and Phragmites australis subsp. americanus showed signs of resilience. The oxidation-reduction potential as well as the algal and photosynthetic bacterial biomass of the effluent were significantly reduced in the presence of the contaminant. Triclosan also influenced the substrate and rhizosphere microbiota, notably by modifying the structure of bacterial communities and by significantly reducing the alpha diversity of the monoculture’s substrate. However, "polyculture" mesocosms exposed to triclosan appear to be more resilient, and in vivo BIOLOGTM EcoPlate characterization analysis of the community’s functionalities has even identified the possible degradation of molecule comparable to residual triclosan within the mesocosms. This research contributes to a deeper understanding of the consequences of triclosan on treatment wetlands, as well as proposing plant diversity to mitigate impacts on microbial communities.

Les parasitoïdes sont reconnus dans les agroécosystèmes pour jouer un rôle de régulation des insectes herbivores et favoriser un équilibre des communautés d’arthropodes aidant à réduire la dépendance aux pesticides. L'objectif principal consistait à effectuer une étude taxonomique des parasitoïdes des ravageurs lépidoptères de la canneberge (Vaccinium macrocarpon Aiton) dans les plantations commerciales au Centredu- Québec. Les objectifs spécifiques étaient de comparer la biodiversité des chenilles de lépidoptères et de leurs parasitoïdes entre les modes de gestion biologique et conventionnelle, ainsi que la densité et le parasitisme en champ de cinq ravageurs majeurs d’importance économique : Macaria sulphurea (Packard) (Geometridae), Macaria brunneata (Thunberg) (Geometridae), Xylena nupera (Linter) (Noctuidae), Rhopobota naevana (Hübner) (Tortricidae) et Sparganothis sulfureana (Clemens) (Tortricidae). Huit et 16 fermes ont été échantillonnées en 2012 et 2013 respectivement avec deux techniques complémentaires, le filet fauchoir et les observations visuelles directes. Les chenilles capturées (N = 1497), représentant 18 espèces, ont été mises en élevage individuellement sous conditions contrôlées pour détecter le parasitisme. Chaque année, les cinq ravageurs primaires composaient plus de 80% de la population larvaire. La biodiversité des ravageurs variait entre les deux modes de gestion; R. naevana était dominant sur les fermes biologiques alors qu’une plus grande richesse et équité de ravageurs ont été observées sur les fermes conventionnelles, M. sulphurea, M. brunneata et X. nupera étant les plus abondants. La communauté des parasitoïdes élevés (N = 171) était composée de 25 espèces ou taxons appartenant majoritairement aux genres Aleiodes, Meteorus, Microplitis, Oncophanes (Hymenoptera : Braconidae); Hyposoter, Exetastes, Phytodietus (Hymenoptera: Ichneumonidae); et Campylocheta, Nemorilla (Diptera: Tachinidae). Le parasitisme annuel était de l’ordre de 20 à 40% et variait en fonction des espèces hôtes et non des systèmes de gestion. Des quatre ravageurs primaires attaqués, celui le plus parasité a été X. nupera suivi de S. sulfureana, M. sulphurea et le moins parasité a été R. naevana. / Parasitoids are recognized as beneficial organisms in agro-ecosystems. They are known to play a role in the regulation of various herbivorous insects and their ecological function favors a balance of arthropod communities helping to reduce pesticides dependency. The main objective was to conduct a taxonomic study of the parasitoids of lepidopteran pests on commercial cranberry crop (Vaccinium macrocarpon Aiton) in Center-du-Québec. This study also aimed to compare the biodiversity of the caterpillars and their parasitoids under conventional vs organic managements as well as field density and parasitism of five major pest species of economic importance: Macaria sulphurea (Packard) (Geometridae), Macaria brunneata (Thunberg) (Geometridae), Xylena nupera (Linter) (Noctuidae), Rhopobota naevana (Hübner) (Tortricidae) and Sparganothis sulfureana (Clemens) (Tortricidae). Eight and 16 cranberry farms were sampled in 2012 and 2013, respectively, using two sampling techniques: sweep net and direct visual observations. A total of 1497 caterpillars, comprising 18 species, were captured and individually reared under controlled laboratory conditions to detect parasitism. The five primary pests made up more than 80% of the larval population each year. Pest biodiversity varied between the two pest managements: R. naevana was dominant on organic farms, whereas conventional farms had greater pest richness and evenness, M. sulphurea, M. brunneata and X. nupera being the most abundant. The reared parasitoid community (N = 171) was composed of 25 species or higher taxa and the most common species belong to the genera Aleiodes, Meteorus, Microplitis, Oncophanes (Hymenoptera: Braconidae); Hyposoter, Exetastes, Phytodietus (Hymenoptera: Ichneumonidae); and Campylocheta, Nemorilla (Diptera: Tachinidae). Parasitism differed depending on host biodiversity and not on farming systems. Among the four primary pests which were attacked, X. nupera was the most parasitized, followed by S. sulfureana, M. sulphurea and the least parasitized was R. naevana

Le rapide déclin actuel de la biodiversité est inquiétant et les activités humaines en sont la cause directe. De nombreuses aires protégées ont été mises en place pour contrer cette perte de biodiversité. Afin de maximiser leur efficacité, l’amélioration de la connectivité fonctionnelle entre elles est requise. Les changements climatiques perturbent actuellement les conditions environnementales de façon globale. C’est une menace pour la biodiversité qui n’a pas souvent été intégrée lors de la mise en place des aires protégées, jusqu’à récemment. Le mouvement des espèces, et donc la connectivité fonctionnelle du paysage, est impacté par les changements climatiques et des études ont montré qu’améliorer la connectivité fonctionnelle entre les aires protégées aiderait les espèces à faire face aux impacts des changements climatiques. Ma thèse présente une méthode pour concevoir des réseaux d’aires protégées tout en tenant compte des changements climatiques et de la connectivité fonctionnelle. Mon aire d’étude est la région de la Gaspésie au Québec (Canada). La population en voie de disparition de caribou de la Gaspésie-Atlantique (Rangifer tarandus caribou) a été utilisée comme espèce focale pour définir la connectivité fonctionnelle. Cette petite population subit un déclin continu dû à la prédation et la modification de son habitat, et les changements climatiques pourraient devenir une menace supplémentaire. J’ai d’abord construit un modèle individu-centré spatialement explicite pour expliquer et simuler le mouvement du caribou. J’ai utilisé les données VHF éparses de la population de caribou et une stratégie de modélisation patron-orienté pour paramétrer et sélectionner la meilleure hypothèse de mouvement. Mon meilleur modèle a reproduit la plupart des patrons de mouvement définis avec les données observées. Ce modèle fournit une meilleure compréhension des moteurs du mouvement du caribou de la Gaspésie-Atlantique, ainsi qu’une estimation spatiale de son utilisation du paysage dans la région. J’ai conclu que les données éparses étaient suffisantes pour ajuster un modèle individu-centré lorsqu’utilisé avec une modélisation patron-orienté. Ensuite, j’ai estimé l’impact des changements climatiques et de différentes actions de conservation sur le potentiel de mouvement du caribou. J’ai utilisé le modèle individu-centré pour simuler le mouvement du caribou dans des paysages hypothétiques représentant différents scénarios de changements climatiques et d’actions de conservation. Les actions de conservation représentaient la mise en place de nouvelles aires protégées en Gaspésie, comme définies par le scénario proposé par le gouvernement du Québec, ainsi que la restauration de routes secondaires à l’intérieur des aires protégées. Les impacts des changements climatiques sur la végétation, comme définis dans mes scénarios, ont réduit le potentiel de mouvement du caribou. La restauration des routes était capable d’atténuer ces effets négatifs, contrairement à la mise en place des nouvelles aires protégées. Enfin, j’ai présenté une méthode pour concevoir des réseaux d’aires protégées efficaces et j’ai proposé des nouvelles aires protégées à mettre en place en Gaspésie afin de protéger la biodiversité sur le long terme. J’ai créé de nombreux scénarios de réseaux d’aires protégées en étendant le réseau actuel pour protéger 12% du territoire. J’ai calculé la représentativité écologique et deux mesures de connectivité fonctionnelle sur le long terme pour chaque réseau. Les mesures de connectivité fonctionnelle représentaient l’accès général aux aires protégées pour le caribou de la Gaspésie-Atlantique ainsi que son potentiel de mouvement à l’intérieur. J’ai utilisé les estimations de potentiel de mouvement pour la période de temps actuelle ainsi que pour le futur sous différents scénarios de changements climatiques pour représenter la connectivité fonctionnelle sur le long terme. Le réseau d’aires protégées que j’ai proposé était le scénario qui maximisait le compromis entre les trois caractéristiques de réseau calculées. Dans cette thèse, j’ai expliqué et prédit le mouvement du caribou de la Gaspésie-Atlantique sous différentes conditions environnementales, notamment des paysages impactés par les changements climatiques. Ces résultats m’ont aidée à définir un réseau d’aires protégées à mettre en place en Gaspésie pour protéger le caribou au cours du temps. Je crois que cette thèse apporte de nouvelles connaissances sur le comportement de mouvement du caribou de la Gaspésie-Atlantique, ainsi que sur les actions de conservation qui peuvent être prises en Gaspésie afin d’améliorer la protection du caribou et de celle d’autres espèces. Je crois que la méthode présentée peut être applicable à d’autres écosystèmes aux caractéristiques et besoins similaires. / The world is facing worrisome declines in biodiversity. Species extinction rates have increased as a direct consequence of human activities. Protected areas have been implemented around the world in an effort to counter biodiversity loss. Although protected areas are part of the solution, they should be designed systematically in a way to maximize their effectiveness. Enhancing functional connectivity between protected areas is one way to increase their effectiveness. Climate change is disrupting environmental conditions globally. It is a threat to biodiversity that until recently was not often integrated into protected area design. Climate change has been shown to impact species movements, and therefore landscape functional connectivity. Some studies have suggested that enhancing functional connectivity between protected areas can also help species cope with climate change impacts. My thesis presents a methodology to design protected area networks while accounting for climate change and functional connectivity. My study area is located in the natural region of Gaspésie in Québec (Canada). The endangered Atlantic-Gaspésie population of woodland caribou (Rangifer tarandus caribou) was used as the focal species to define functional connectivity. This small population is in long-term decline due to predation and habitat change, but climate change may become an additional threat. First, I built a spatially explicit individual-based model to explain and simulate caribou movement. I used sparse VHF data available at the time of the study to select and parameterize a movement model using a pattern-oriented modeling strategy. My best model reproduced most of the movement patterns defined from the observed data. This model improved the understanding of the movement drivers for the Atlantic-Gaspésie caribou. It also provided spatial estimates of caribou landscape use in the Gaspésie region. I concluded that sparse data were sufficient to fit individual-based models when coupled with a pattern-oriented modeling strategy. Second, I estimated how climate change and conservation activities may impact caribou movement potential. I used the individual-based model to simulate caribou movements in hypothetical landscapes representing the impacts of various climate change scenarios and conservation activities. Conservation activities represented the implementation of new protected areas in Gaspésie, according to the scenario developed by the government of Québec, and the restoration of secondary roads inside protected areas. Climate change impacts on vegetation, as defined in my scenarios, reduced caribou movement potential. Road restoration was able to mitigate these negative effects whereas the implementation of the new protected areas did not improve caribou movement potential. Third, I presented a methodology to design effective protected area networks and proposed new protected areas to implement in Gaspésie to conserve biodiversity in the presence of climate change. I created a large sample of protected area networks expanding the existing network to reach an areal target of 12%. I then calculated an ecological representativeness index and two measures of functional connectivity over time for each network. Functional connectivity measures represented the overall access to the protected areas and the movement potential in them for the Atlantic-Gaspésie caribou. I used movement potential estimates for the current time period and for the future under different climate change scenarios to represent functional connectivity. The protected area network I proposed maximized the trade-off between the three network features I calculated. In this thesis I examined Atlantic-Gaspésie caribou movements under different environmental conditions, including climate change impacted landscapes. These results helped define new protected areas for the Gaspésie region that will protect the caribou population over time. I believe this thesis gives new insights on the Atlantic-Gaspésie caribou movement behavior, as well as on the management actions that could be taken in Gaspésie to improve conservation of caribou and of other species. I believe this methodology could be applied to other ecosystems with similar characteristics and needs.

Les attentes de la population en regard de l’aménagement forestier ont évolué graduellement lors des dernières décennies. Alors qu’il était historiquement surtout centré sur l’exploitation de la matière ligneuse, l’aménagement des forêts tend maintenant à valoriser de plus en plus la multiplicité des services fournis par la forêt. De plus, le développement de stratégies d’aménagement forestier adaptées aux changements climatiques et à l’augmentation de la fréquence d’extrêmes climatiques est devenu essentiel pour réduire la vulnérabilité des forêts. Une des principales avenues suggérées est l’utilisation, au sein des stratégies d’aménagement, d’indicateurs de biodiversité qui reflètent le fonctionnement de l’écosystème forestier et sa réponse aux perturbations. Cependant, nos connaissances sur ces relations complexes entre la diversité forestière, le fonctionnement de l’écosystème et sa réponse aux perturbations naturelles et anthropiques demeurent rudimentaires et se doivent d’être approfondies afin de développer des stratégies d’aménagement forestier plus efficaces. L’objectif de ma thèse était d’analyser le potentiel qu’offrent les indicateurs de diversité fonctionnelle des arbres pour un aménagement durable des forêts tempérées nordiques et boréales. Dans mon premier chapitre, j’ai analysé l’impact de l’âge, de la hauteur et du type de couvert sur plusieurs indicateurs de la biodiversité des arbres. Mes analyses démontrent que l’âge des peuplements, un des indicateurs de biodiversité les plus utilisés à une échelle globale, est incapable de capturer une partie importante de la variabilité de la diversité des peuplements forestiers et ne devrait pas être utilisé comme le seul indicateur de biodiversité dans l’aménagement de ces forêts. Dans le deuxième chapitre, j’ai analysé le rapport entre deux indicateurs de diversité fonctionnelle des arbres avant-coupe (la redondance fonctionnelle et la diversité des réponses), et la productivité après coupe du peuplement. Mes résultats mettent en évidence la valeur ajoutée de l’utilisation de la diversité des réponses lors de l’analyse de la productivité après coupe et suggèrent que celle-ci est un bon prédicteur de la productivité de l’écosystème après coupe. Dans le dernier chapitre, j’ai examiné la relation entre trois traits fonctionnels associés à la résistance et à la résilience des arbres à la sécheresse. Mes résultats suggèrent que dans ces forêts, le rapport du poids sec de la feuille à la surface foliaire et la valeur de pression du xylème conduisant à une perte de 50% de sa conductivité par cavitation, influencent la relation entre la sécheresse et la mortalité du peuplement, mais pas sa productivité. Cette thèse démontre l’importance de la relation entre la diversité fonctionnelle des arbres, la productivité du peuplement et la réponse des arbres et des peuplements aux perturbations partielles et totales. Les résultats contribuent à approfondir les connaissances scientifiques sur le lien entre la diversité fonctionnelle et le fonctionnement des écosystèmes, en plus de proposer des mesures d’aménagement forestier basés sur la diversité des arbres qui peuvent mener à une amélioration importante de la résistance et de la résilience des forêts aménagées aux perturbations. / Forest management objectives have slowly changed over the last few decades. While forest management used to focus mainly on wood production, forests are now expected to be managed for multiple ecosystem services. Traditional forest management strategies are also unsuitable to tackle the threats posed by climate change and by the increased frequency of climate extremes. The development of biodiversity indicators capable of predicting ecosystem response to disturbances has been identified as one of the key research priorities in the improvement of existing sustainable forest management frameworks. However, our understanding of these biodiversity-ecosystem functioning relationships and their response to disturbances needs to be improved if such indicators are to be developed. The objective of this thesis was to analyse the potential of tree functional diversity indicators in improving sustainable forest management of northern temperate and boreal forests. In my first chapter, I studied the impact of stand age, height and cover type on multiple tree biodiversity indicators. My analyses showed that stand age, one of the most widespread indicators of biodiversity, should not be used as the sole indicator of tree diversity in forest management because it inadequately represents a significant part of stand tree diversity. In my second chapter, I analysed the relationship between two indicators of pre-logging functional diversity (functional redundancy and response diversity), and post-logging stand productivity. My results revealed the importance of considering functional diversity in biodiversity-ecosystem functioning studies and showed that response diversity is significantly associated with post-logging productivity in these forests. In the last chapter, I examined the relationship between three functional traits associated with tree resistance and resilience to drought. My results showed that, in our study area, dry leaf mass per unit area and xylem pressure at which 50% of stem xylem conductivity is lost through cavitation significantly influence drought-induced tree mortality, but do not affect stand productivity response to drought. This thesis revealed the importance of the relationships between tree functional diversity, stand productivity and stand response to partial and severe disturbances. Besides improving our scientific understanding of the relationships between functional diversity and ecosystem functioning, these results allowed us to propose several tree-diversity based forest management strategies that should considerably improve stand resilience and resistance to disturbances.

Les activités anthropiques (agriculture, urbanisation) ont fortement influencé la dynamique des tourbières depuis le début du XXe siècle dans la région physiographique des basses-terres du Saint- Laurent. En Montérégie, la vaste tourbière de Saint-Georges-de-Clarenceville est caractérisée par la présence de différents types de peuplements forestiers, notamment des peuplements feuillus dominés par l’érable rouge qui côtoient des peuplements conifériens, certains comportant du pin blanc. Ce projet avait pour objectifs 1) de dresser un portrait des peuplements forestiers de la tourbière pour les 100 à 200 dernières années, 2) de retracer leur dynamique à plus long terme, soit sur quelques millénaires et 3) de déterminer si l’établissement et la dynamique de la végétation forestière est d’origine anthropique ou naturelle. L’hypothèse qui a été testée est que la tourbière était autrefois colonisée naturellement par des peuplements forestiers à dominance coniférienne « typiques » des tourbières comme le mélèze laricin et l'épinette noire. En raison de perturbations anthropiques in situ, telles que la coupe forestière et le creusement de canaux de drainage, ces espèces auraient été graduellement remplacées par des peuplements arborescents à dominance feuillue et par des conifères « moins fréquents » dans de tels écosystèmes comme le pin blanc. Dans le but de documenter les différents peuplements forestiers, un portrait de la végétation arborescente fut réalisé le long d’un transect d’une longueur de 1 km. Pour six peuplements, des analyses dendrochronologiques ont été effectuées afin de dater les périodes d’établissement des arbres. Des profils de sol ont été creusés au sein de deux de ces sites afin de récolter, d’identifier et de dater des bois enfouis dans la tourbe. Plusieurs souches furent aussi échantillonnées et identifiées. Les résultats suggèrent que la présence du mélèze laricin, de l’épinette noire, du thuya occidental et du pin blanc sur la tourbière est naturelle et très ancienne (quelques milliers d’années). L’analyse des bois enfouis et des souches indique que le pin blanc est présent depuis au moins 3000 ans. En contrepartie, le développement en grande abondance d’espèces feuillues comme l’érable rouge et le bouleau jaune est plus récent et concorde, entre autres, avec des coupes forestières ayant lieu depuis de la seconde moitié du XIXe siècle par les différents propriétaires des lots de la tourbière. Ces perturbations auraient ainsi changé la dynamique forestière naturelle coniférienne vers des peuplements de plus en plus dominés par des espèces feuillues. L’érable rouge est présentement l’espèce la plus abondante au sein de la régénération et devrait éventuellement devenir l’espèce dominante.

La grande majorité des scientifiques s’accordent depuis deux décennies sur le fait que les actions anthropiques sont responsables d’une grande perte de biodiversité à l’échelle terrestre via l’élimination de gènes, d’espèces et de traits biologiques à un rythme alarmant. Ce fait les a conduits à se questionner sur les impacts de la perte de la biodiversité sur le fonctionnement des écosystèmes. Bien qu’aujourd’hui les connaissances sur le lien entre biodiversité et fonctionnement des écosystèmes (BEF) commencent à être bien documentées, nous en savons encore très peu sur les mécanismes sous-jacents à la relation entre BEF, et en particulier concernant les mécanismes appuyant les processus souterrains des écosystèmes forestiers. L’objectif de ce projet de doctorat était de développer les connaissances sur le lien entre la biodiversité des parties aériennes et le fonctionnement souterrain des écosystèmes artificiels (plantations d’arbres). Nous avons pour cela examiné l’implication de différents acteurs et paramètres du compartiment souterrain susceptibles d’intervenir dans le cycle du C - et de l’N - en lien avec la biodiversité (notamment via le recours à l’approche des traits fonctionnels). D’une part nous avons étudié la productivité des racines fines, leur chimie ainsi que le fonctionnement et la composition des communautés microbiennes du sol en lien avec des mesures de diversité (la richesse spécifique et la diversité fonctionnelle) dans une jeune plantation (4 ans). D’autre part, nous avons étudié la décomposition des racines fines en lien avec les communautés d’arbres et de végétation du sous-bois subséquentes à l’application de traitements dans une plantation plus âgée (27 ans). Dans tous les cas, nous avons étudié le lien entre ces différents paramètres et processus et les C et N du sol (totaux et dans les fractions). Les feuillus et les conifères diffèrent quant à la productivité des racines fines ainsi que par rapport à la métabolisation des sources de C. Les conifères étaient plus productifs que les feuillus (racines fines), et les feuillus métabolisaient un plus grand nombre de sources de C que les conifères. Par ailleurs, la richesse spécifique a influencé le fonctionnement des microbes mais pas leur composition ni la productivité des racines fines, tandis que l’identité des arbres (et de leurs traits fonctionnels) ont influencé tous ces paramètres et processus. La valeur moyenne des traits a plus influencé la productivité des racines fines, la respiration basale et la biomasse microbienne que la variance de ces traits. La diversité fonctionnelle (considérée en tant que gradient) n’a quant à elle pas eu d’effet sur aucun des paramètres et processus étudiés. Finalement, notre étude a révélé que la végétation du sous-bois (couvert de type fonctionnel et certaines espèces) plus que les arbres, les propriétés du sol ou la chimie des racines fines influençait la décomposition de ces dernières. De manière générale, cette thèse a permis de découvrir et de mettre en évidence des aspects jusqu’alors inconnus du lien entre BEF, notamment en ce qui concerne le lien entre la diversité des parties aériennes et le fonctionnement des parties souterraines. Nos résultats ont permis d’identifier avec précision les espèces d’arbres, de végétation du sous-bois ou encore les traits fonctionnels et les processus sur lesquels ils interviennent. Ceci pourrait permettre d’affiner les modèles de prédiction des cycles du C et de l’N ou encore de prodiguer des conseils avisés aux gestionnaires forestiers. / In the last two decades, the vast majority of scientists have agreed that anthropogenic actions are responsible for an important and rapid loss of biodiversity at a global scale, through the elimination of genes, species and biological traits. This fact led to remarkable progress towards understanding how the loss of biodiversity affects the functioning of ecosystems. Although the link between biodiversity and ecosystem functioning (BEF) is now well documented, the mechanisms underlying this relationship are still poorly understood, especially with regards to belowground processes in treed ecosystems. The objective of this Ph.D. project was to improve our understanding of the link between aboveground biodiversity and belowground functioning in two artificial ecosystems (tree plantations). For this purpose, we examined the implication of different actors and parameters of the belowground compartment that are likely to influence the C - and N - cycles, in relation to aboveground biodiversity (through the functional trait-based approach). On the one hand we studied the productivity of fine roots, their chemistry, the functioning and composition of soil microbial communities in relation to diversity measures (specific richness and functional diversity) in a young plantation (4 years). On the other hand, we studied the decomposition of fine roots in relation to over- and understory vegetation following the application of silvicultural treatments in an older plantation (27 years). In all cases, we studied the relationship between these parameters and processes, as well as soil C and N (total and in fractions). Deciduous and conifer species differed in fine root productivity and in microbial community catabolic activity. Conifers were more productive than deciduous (fine roots), and soil microbial communities associated with deciduous trees used a greater number of carbon sources than those associated with conifers. Moreover, although tree specific richness influenced the functioning of microbes, it had no effect on their composition or the productivity of the fine roots, while tree identities (and their functional traits) influenced all these parameters and processes. The mean value of traits had a greater influence on fine root productivity, basal respiration and microbial biomass than the variance of these traits. The functional diversity (considered as a gradient) had no effect on any of the parameters and processes studied. Finally, our study revealed that the understory vegetation (cover of functional type and some species), more than overstory vegetation, soil properties or fine root chemistry influences the fine root decomposition. In general, this thesis has uncovered and highlighted unknown aspects of the relationship between BEF, in particular with regard to the link between aboveground diversity and belowground functioning. Our results precisely identified tree species, understory vegetation and functional traits and the processes on which they intervene. This could help to refine predictive models of C and N cycles or provide advice to forest managers.