Thèse en cotutelle : Université Laval, Québec, Canada et Université de Bordeaux Talence, France / Les forêt mélangées sont l'une des principales options de gestion pour stabiliser la production de biomasse forestière tout en réduisant l'impact du stress hydrique de plus en plus fréquent avec les changements globaux. Cependant, les effets interactifs entre diversité des espèces d'arbres et disponibilité en eau ont rarement été étudiés in situ, et encore moins en étudiant le fonctionnement du sol. Dans cette thèse, nous avons cherché à déterminer si les effets positifs de la diversité des espèces d'arbres sur le recyclage des nutriments étaient modulés par la disponibilité en eau. Pour répondre à cette question, deux sites appartenant au réseau mondial de diversité des arbres (TreeDivNet) ont été étudiés : ORPHEE dans le sud-ouest de la France et IDENT-SSM à Sault Ste. Marie au Canada. Ces deux sites expérimentaux manipulent la diversité des arbres (richesse des espèces d'arbres) et la disponibilité en eau (irrigation dans les deux cas, avec exclusion partielle des pluies à IDENT-SSM). Les travaux sont divisés en quatre chapitres : (1) la complémentarité spatiale verticale de la disponibilité des nutriments du sol, (2) la dépolymérisation de l'azote organique du sol, (3) la complémentarité temporelle dans les prélèvements de nutriments et les processus du sol, et (4) l'efficience d'utilisation des nutriments par les arbres. En examinant le cycle des nutriments dans les sols, nous avons constaté qu'une forte disponibilité en eau augmentait la dégradation de la matière organique (par les enzymes extracellulaires et la dépolymérisation des protéines), tandis qu'elle diminuait la minéralisation nette des nutriments. Un effet du mélange d'espèces d'arbres n'a été observé que dans la couche intermédiaire du sol, où l'on a trouvé une teneur en matières organiques et des activités enzymatiques plus élevées que dans les monocultures. Au cours de l'année, des différences dans la disponibilité des nutriments n'étaient visibles que lorsque la disponibilité en eau était suffisante : il y avait plus d'azote biodisponible dans les parcelles de pins en monoculture, tandis que le phosphore était plus important dans les parcelles de bouleaux en monoculture, par rapport aux autres traitements d'espèces. Malgré les variations saisonnières, ces tendances sont restées constantes entre les périodes de dormance et de végétation. En étudiant expérimentalement l'absorption des nutriments, nous avons observé une asynchronie de l'absorption lors du débourrement de la végétation: à ce stade phénologique, l'espèce sempervirente (pin) a pût prélever plus tôt que l'espèce décidue (bouleau), avec respectivement un avantage et un désavantage pour l'absorption des nutriments dans les parcelles mélangées. En ce qui concerne l'efficience d'utilisation des nutriments (NutUE), nous avons constaté que l'identité des espèces était un facteur plus important que la diversité des espèces. Bien que l'augmentation de diversité ait eu tendance à accroître la productivité aérienne et la biomasse de la litière, la dominance de certaines espèces dans les mélanges était le principal facteur contrôlant la NutUE (le bouleau sur le pin à IDENT-SSM et le pin sur le bouleau à ORPHEE). Ainsi, les processus biogéochimiques de la couche superficielle du sol ont été déterminés par la disponibilité en eau, les processus du sol intermédiaire par le mélange des espèces, et l'efficience d'utilisation des nutriments a été déterminée par l'identité des espèces plutôt que par le mélange. A l'inverse de l'effet prononcé des facteurs pris individuellement, nous n'avons pas observé d'effet interactif entre ceux-ci. Sur la base de l'ensemble de nos résultats, nous concluons que chacun des facteurs étudiés (disponibilité en eau, diversité des arbres et identité des espèces) joue un rôle significatif sur le recyclage des nutriments, même s'il n'y avait pas d'effets interactifs. / Mixed forests are one of the main management strategies to stabilize forest biomass production while reducing the impact of water stress, which is becoming more frequent as a result of global changes. However, the interactive effects between tree diversity and water availability have rarely been studied in situ, let alone while studying soil functioning. In this thesis, we sought to determine whether the positive effects of tree species diversity on nutrient cycling in forests were modulated by water availability. To answer this question, two sites belonging to the global tree diversity network (TreeDivNet) were studied: ORPHEE in southwestern France and IDENT-SSM in Sault Ste. Marie, Canada. These two experimental sites manipulate tree diversity (tree species richness) and water availability (irrigation in both cases, with partial rain exclusion at IDENTSSM). The work is divided into four chapters: (1) vertical spatial complementarity of soil nutrient availability, (2) soil organic nitrogen depolymerization processes, (3) temporal complementarity of nutrient uptake and soil nutrient processes, and (4) nutrient use efficiency by trees. When looking at belowground nutrient cycling, we found that high water availability increased organic matter breakdown (by extracellular enzymes and protein depolymerization), while it decreased net nutrient mineralization. An effect of mixing tree species was only detected in the mid soil layer, where we observed a higher amount of organic matter and enzyme activities compared to the monocultures. Throughout the year, differences in nutrient availability were only visible when water availability was sufficient: more bioavailable nitrogen was produced in the pine monocultures, while more phosphorus was produced in the birch monocultures, compared to the other species treatments. Despite seasonal variation, these trends remained consistent between the dormant and vegetative periods. When experimentally investigating nutrient uptake, we observed an asynchrony of uptake during budburst: at this phenological stage, the evergreen species (pine) was able to take up nutrients earlier than the deciduous species (birch), with an advantage and a disadvantage respectively for nitrogen uptake in the mixed plots. Finally, we found that species identity was a stronger driver than species diversity for aboveground nutrient use efficiency (NutUE). Although increasing tree species tended to increase aboveground productivity and litterfall biomass, certain species dominance drove NutUE trends (i.e. birch dominance over pine at IDENT-SSM and pine over birch at ORPHEE). In summary, surface soil biogeochemical processes were driven by water availability, intermediate soil processes by species mixing, and nutrient use efficiency was driven by species identity rather than mixing. In contrast to the pronounced effect of individual factors, we did not observe an interactive effect between them. Based on all of our results, we conclude that each of the factors studied (water availability, tree diversity, and species identity) had an important role in nutrient cycling, even though there were no interactive effects.

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.

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.

Depuis une vingtaine d'années, la gestion forestière tend à augmenter l'utilisation de coupes partielles dans les peuplements régénérés naturellement, laissant les arbres résiduels sujets à un risque accru de dommages éoliens durant leurs premières années d'acclimatation. Largement répandu au Québec, le sapin baumier (Abies balsamea (L.) Mill.) est une essence connue pour être particulièrement vulnérable aux dommages éoliens. Afin de mitiger les pertes dans les sapinières naturellement régénérées, il est important de comprendre comment réagissent les sapins baumiers face aux charges de vent, et de trouver des paramètres sylvicoles spécifiques à intégrer dans les modèles de gestion des risques de chablis. Ceci permettrait d'aider les gestionnaires à mitiger les risques lors du choix de prescription sylvicole. Le principal objectif de cette thèse était d'étudier les charges de vents interceptées par un échantillon de sapin baumier en conditions estivales, hivernales et à la suite d'un retrait des compétiteurs proches. Pour réaliser cet objectif, un réseau de capteurs et d'acquisiteurs de données a été mis en place dans une sapinière à bouleau blanc de la Forêt Montmorency (Forêt expérimentale de l'Université Laval) pour avoir une prise de données continue durant trois saisons : l'été 2018, l'hiver 2019, et l'été 2019 à la suite d'une coupe partielle. Une tour aluminium équipée de deux anémomètres placés à hauteur et mi-hauteur de la canopée et de sondes de températures (air et sol) a été installée en bordure de peuplement pour suivre en continu les événements météorologiques. En parallèle, des jauges de contrainte fixées aux troncs de sapins baumiers ont permis de mesurer les moments de flexion induits par le vent sur un échantillon d'arbres. Durant l'hiver, un suivi continu de la quantité de neige sur les houppiers a été réalisé à l'aide d'une caméra de chasse pour évaluer l'effet additionnel de la neige sur la charge de vent. Au début de l'été 2019, une éclaircie localisée a été réalisée pour retirer l'ensemble des compétiteurs dans un rayon de 3.5m autour de 2/3 des arbres étudiés. Les principaux résultats de cette thèse démontrent (1) l'importance de l'utilisation d'indices de compétition, notamment CBAL, dans la modélisation des risques de chablis en peuplement hétérogène ; (2) l'impact global de l'hiver sur l'augmentation des moments de force appliqués sur les troncs et cela indépendamment de l'épaisseur de neige sur les houppiers ; et (3) l'effet local mais en même temps global d'une coupe partielle sur l'augmentation des moments de forces appliqués sur les arbres d'un peuplement, les arbres les moins compétitifs étant les plus affectés. / Over the past twenty years, forest management has tended to increase the use of partial cutting in naturally regenerated stands, leaving residual trees at increased risk of wind damage during their first years of acclimation. Widespread in Quebec, balsam fir (Abies balsamea (L.) Mill.) is a species known to be particularly vulnerable to wind damage. To mitigate losses in naturally regenerated balsam fir stands, it is important to understand how balsam fir trees bend under wind loads, and to find specific silvicultural parameters to be integrated into wind risk management models. This should help managers mitigate risks when choosing silvicultural prescriptions. The main objective of this thesis was to study the wind loads experienced by balsam fir trees under summer and winter conditions and following the removal of nearby competitors. For this purpose, a network of sensors and data loggers was set up in a white birch-balsam fir stand in the Montmorency Forest (Laval University's experimental forest) for continuous data collection over three seasons: summer 2018, winter 2019, and summer 2019 following partial cutting. An aluminium tower equipped with two anemometers placed at the height and mid-height of the canopy and temperature sensors (air and soil) was installed at the edge of the stand to continuously monitor weather events. At the same time, strain gauges attached to balsam fir trunks made it possible to measure wind induced bending moments on a sample of trees. During the winter, continuous monitoring of the amount of snow on tree crowns was carried out using a hunting camera to assess the additional effect of snow on wind load. At the beginning of summer 2019, a localised thinning was carried out to remove all competitors within a radius of 3.5m around 2/3 of the trees studied. The main results of this thesis demonstrate (1) the importance of using competition indices, in particular CBAL, in modelling the risk of wind damages in heterogeneous stands; (2) the global impact of winter on the increase in the turning moments experienced by the trunks, regardless of the thickness of snow on the canopies; and (3) the local, but also global, effect of partial cutting on the increase in the turning moments experienced by all the trees in a stand, with the most suppressed trees being the most at risk.

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.

Nous avons comparé trois scénarios sylvicoles pratiqués il y a 20 ans dans la sapinière à bouleau blanc, après une coupe de récupération de peuplements sévèrement endommagés par la tordeuse des bourgeons de l’épinette. Le dispositif se situait dans la réserve faunique des Laurentides et dans le Parc national de la Jacques-Cartier. Un total de 3124 coléoptères a été capturé à l’aide de pièges à impact, dont 168 espèces saproxyliques (dépendant du bois mort ou moribond) et 98 non-saproxyliques. Malgré des volumes de bois mort au sol relativement importants (46m³/ha) dans les peuplements aménagés, les assemblages de coléoptères saproxyliques différaient entre les sites récupérés et non récupérés, même si l’abondance et la richesse spécifique étaient semblables. Des différences peu importantes ont été observées entre les trois scénarios sylvicoles. Vingt ans plus tard, la coupe de récupération apparaît toujours comme l’élément perturbateur ayant entrainé les plus grands changements dans le biotope. / We compared three silvicultural scenarios implemented 20 years ago after salvage logging of severely damaged balsam fir/white birch stands by the spruce budworm. The study area was located in the réserve faunique des Laurentides and Parc national de La Jacques-Cartier. Overall, 3124 beetles were captured with impact traps, 168 species being saproxylic (dependent of dead wood or moribund trees) and 98 non-saproxylic. Despite the relatively high amounts of down dead wood (46m³/ha) found in managed stands, saproxylic beetle assemblages differed among salvaged and non salvaged stands, even if beetle abundance and richness were similar. Slight differences were observed between the three silvicultural scenarios but 20 years later, salvage logging still appears as the disturbance element that brought the most important changes into the biotope.

Depuis une quinzaine d'années, les savoirs naturalistes locaux (SNL) ont gagné une importance croissante dans le domaine de la conservation de la biodiversité. Dans le contexte brésilien, les SNL bénéficient d'une reconnaissance juridique et sont au cœur des enjeux de développement durable, en particulier dans les aires protégées d'Amazonie. Notre recherche s'intéresse aux savoirs et aux usages d'une population rurale (les Ribeirinhos) de la biodiversité agricole et forestière dans une aire protégée (la forêt nationale du Tapajós ou Flona Tapajós). Nous nous interrogeons sur la manière dont les SNL peuvent être pris en compte dans les projets locaux de développement durable et sur la façon dont s'articulent les normes locales et institutionnelles de gestion des milieux et des ressources sur ce territoire. Nous développons une approche interdisciplinaire en ethnobiologie et écologie, incluant notamment des inventaires ethnobotaniques en forêt. Cette recherche a permis de mettre en évidence la riche connaissance écologique des Ribeirinhos de leur environnement agricole et forestier. Celle-ci se reflète à plusieurs niveaux : i) dans la diversité des formations forestières distinguées, avec 21 types de forêts perçus et nommés en fonction d'une combinaison de critères, ii) dans la perception détaillée des processus de régénération forestière de la jachère à la forêt primaire, iii) dans la perception des stratégies de croissance des végétaux et de leur rapport au milieu abiotique, iv) dans la grande diversité de végétaux reconnus et nommés par les villageois (439 morphotypes dont la majorité (77%) est issue des forêts de terre ferme). Outre la distinction primordiale opérée entre les plantes sauvages et les plantes domestiques (mato/plantas), les Ribeirinhos distinguent 9 catégories de ressources, en fonction principalement de critères morphologiques. Les relevés ethnobotaniques réalisés en forêt montrent que les forêts secondaires post agricoles sont les formations forestières de plus grande Valeur d'usage. De plus, une grande partie de la diversité forestière a une utilité pour la population locale (86% des 140 espèces recensées dans les parcelles forestières et entre 87% et 95 % des individus de DHP≥5 cm selon le type de forêt considérée). Toutefois, dans le quotidien, les espèces cultivées (jardins et abattis) sont plus utilisées que les espèces forestières. Nous avons mesuré des différences écologiques entre les 3 principales catégories locales de forêts de terre ferme. Nous discutons les limites de la superposition de ces catégories avec les catégories écologiques. En conclusion, nous synthétisons et discutons les principaux résultats de cette étude en montrant les limites de la méthodologie utilisée, et ouvrons des perspectives concernant l'intégration des SNL dans les projets de développement durable dans cette Flona.

Cette étude propose une lecture des représentations de l'aménagement écosystémique offertes par des membres du système social forestier québécois (scientifiques, gouvernements, militants, autochtones). Deux groupes ont pu être identifiés parmi une vingtaine de répondants : les innovateurs et les receveurs. Les innovateurs, participent à la mise en oeuvre de l'aménagement écosystémique et sont par la même occasion liés plus étroitement au processus de décision politique. Pour eux, les enjeux auxquels est confronté l'aménagement écosystémique sont d'ordre écologique et sa mise en oeuvre est nécessaire à la protection de la biodiversité. Les receveurs, qui ne participent pas à la mise en oeuvre, voient plutôt l'aménagement écosystémique comme un outil parmi d'autre pour intégrer le concept de développement durable en foresterie. Pour ces derniers, l'aménagement écosystémique n'est pas limité à la sphère environnementale du développement durable et doit plutôt s'intégrer aux différents enjeux -environnemental, social et économique - auxquels est confrontée la gestion forestière.

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.

Ce projet de doctorat concerne deux enjeux de biodiversité majeurs identifiés ces dernières années en forêt boréale : la raréfaction des vieilles forêts et la raréfaction du bois mort. Le maintien des vieilles forêts et des arbres morts est incompatible avec le système d'aménagement actuel, dominé par la pratique de la coupe avec protection de la régénération et des sols (CPRS). Le rajeunissement des forêts boréales selon une rotation des coupes de l'ordre de 80 à 100 ans empêche le vieillissement des forêts et des arbres qui les composent au-delà de la maturité. Cette normalisation de l'âge des forêts compte pour une grande part de la perte de biodiversité associée à l'exploitation des forêts. Plusieurs taxons spécialisés s'en retrouvent directement menacés. C'est le cas des lichens et bryophytes et plus particulièrement des espèces associées aux arbres morts, dites épixyliques. Ce projet vise à fournir les informations pertinentes à l'élaboration d'une stratégie d'aménagement qui intégrerait le maintien des vieilles forêts et de la biodiversité associée pour le domaine bioclimatique de la pessière noire à mousses. Dans un premier temps, les exigences d'habitat des épixyliques sont utilisées pour identifier les conditions écologiques critiques des vieilles forêts pour la biodiversité. L'étude de leur répartition dans un secteur dominé par les pessières noires, au nord du Lac-Saint-Jean, a permis d'identifier les types de pessières à plus haute valeur de conservation. Les vieilles pessières noires à sapins de structure bi-étagée et irrégulière s'avèrent être des refuges uniques pour les épixyliques. Ces deux types de pessières offrent des conditions d'habitats que l'on attribut généralement aux forêts anciennes : la présence d'arbres de différentes tailles, d'âges divers et se présentant sous une diversité d'états de vitalité et de décomposition. Cette comparaison des types de pessières noires a permis de distinguer les « vieilles » pessières des pessières « anciennes » sur la base de leur structure et de leur contribution différente à la biodiversité. L'ancienneté structurale des vieilles pessières noires à sapins a été validée à l'échelle régionale par l'analyse des données sur la stratification verticale de la végétation provenant des placettes de l'inventaire écologique du ministère. Leur répartition selon le contexte biophysique a également été analysée. La présence de vieilles pessières noires à sapins mise en relation avec des variables biophysiques du paysage régional montre l'influence du contexte topographique sur leur répartition. Les reliefs de collines et de hautes collines concentrent une plus grande proportion de ces forêts que les reliefs de plaines ou de coteaux. Ces informations permettent de guider l'implantation de stratégies sylvicoles adaptées aux vieilles forêts dans les zones qui en valent la peine, soit, en pessière noire à mousses, dans les zones plus propices au développement de pessières qui tiennent le rôle de forêts anciennes pour la biodiversité. Finalement, une stratégie de rétention variable adaptée aux forêts anciennes est proposée. Elle combine à la fois la rétention d'îlots de forêts anciennes intactes et la rétention de structures dispersées dans le parterre aménagé au pourtour des îlots. Les premiers agissent comme habitats sources de propagules, les seconds assurent la connectivité et le retour plus rapide des conditions d'ancienneté dans la forêt aménagée. / This project deals with two main issues at stake for biodiversity as identified these last years in boreal forest: the rarefaction of old forests and the rarefaction of dead trees. Maintaining old forests and dead wood is compromised in managed forests with the actual system dominated by the practice of clearcutting. Cutting cycle between 80 and 100 years do not allow forests and trees to get older than the age of maturity. This regularisation of forests age explain a large part of the lost of biodiversity in commercial forests. Many specialised taxa are directly threatened. This is the case for lichens and bryophytes, particularly species associated with dead trees (epixylics species). This project aims to provide practical information for working-out a management strategy that would include old forests and associated biodiversity and this, for the boreal black spruce domain. First of ail, habitat requirements of epixylics served at identifying critical ecological conditions of old forests for biodiversity. The study of their distribution in a sector dominated by black spruce forests, located North of Lac Saint-Jean, allowed the identification of black-spruce forests types with high conservation value. Black spruce-fir mixed forests types with two-story and irregular structures constitute unique refuges for these species because they provide ecological conditions that are generally credited to old-growth forest type: various size trees and different ages existing under various stages of vitality or decomposition. This comparison allowed the distinction between "old" and "old-growth" black-spruce types based on their different contribution to biodiversity. Old-growthness of black spruce-fir mixed forests have been validated at a regional scale by analysing vegetation vertical stratification data, taken from ecological inventory of the Ministry. Their distribution in regard of the biophysical context have also been analysed. The occurrence of these forests in relation with biophysical variables shows the influence of the topographic context on their distribution. Small and high hills districts concentrate a bigger proportion of old-growth forests than the plains or hillsides. This situation should drive the implementation of strategies suited to the old forest in zones witch are worth considering, i.e. zones more favourable for the development of old-growth forest types that have a higher conservation value. Finally, a variable retention strategy adapted to old-growth black spruce forests is proposed. It combines integral retention of small islands of old-growth forests and dispersal retention of critical structures in the managed space around these islands. First ones will act as propagules sources and the seconds will guarantee connectivity and the faster return of the old-growth conditions in the second-growth forests.