Thèse de doctorat : Sciences du bois et des fibres : Nancy 1 : 2008. / Titre provenant de l'écran-titre.

Thesis (Ph. D.)--University of Oregon, 2002. / Typescript. Includes vita and abstract. Includes bibliographical references (leaves 296-324). Also available for download via the World Wide Web; free to University of Oregon users. Address: http://wwwlib.umi.com/cr/uoregon/fullcit?p3061965.

La présente étude se penche sur le thème des transports et du développement régional. Il s'agit d'en savoir davantage sur la nature des flux de marchandises, sur les modes de transport concernés et sur le réseau de transport utilisé. De façon plus précise, cette recherche se concentre sur le transport des produits forestiers soit, en l'occurrence, le bois, les pâtes et les papiers transigent par voies routière et ferroviaire. Ce document sera un outil pour le ministère des Transports afin d'établir des priorités d'action en ce qui concerne les déplacements de marchandises reliées aux ressources forestières. Cette enquête permettra aussi d'avoir une meilleure connaissance de la circulation des véhicules lourds transportant la matière ligneuse sur le réseau routier supra-local. À partir de ces informations, il sera également possible d'analyser l'impact des déplacements des produits forestiers sur les routes de la région. Sur le plan scientifique cette recherche vise inévitablement une meilleure connaissance des flux de transport de la région. Cet apport d'informations sera profitable non seulement pour le Ministère des Transports mais également pour divers acteurs socio-économiques et même pour d'autres chercheurs. En ce qui concerne les principaux résultats de la recherche, ceux-ci démontrent que la grande majorité des produits du bois, des pâtes et papiers qui ont circulé sur le réseau routier du territoire du Saguenay-Lac-Saint-Jean-Chibougamau, c'est dans le secteur du Lac-Saint-Jean que les tronçons routiers sont les plus utilisés, en particulier dans la partie sud de ce territoire. D'ailleurs, la plus grande concentration d'usines de transformation du bois se retrouve au pourtour du Lac-Saint-Jean. Les artères interrégionales sont aussi très achalandées pour ce qui est des expéditions de marchandises. L'étude révèle que c'est seulement 7% des produits servant à alimenter les entreprises qui arrivent de l'extérieur du territoire du Saguenay-Lac-Saint-Jean-Chibougamau tandis que 93 % des réceptions des produits du bois et pâtes et papiers sont générés au sein même de la région. C'est donc les tronçons routiers autour du Lac-Saint-Jean et dans l'axe Alma-La-Baie qui ont été les plus achalandés pour le transport des produits forestiers en 2002. Dans le cas présent, on doit donc souligner que la forte concentration d'usines dans le secteur Lac-Saint-Jean engendre un trafic plus important que dans les secteurs Saguenay et Chibougamau.

L'épinette noire (Picea mariana (Mill.) B.S.P.) est adaptée pour se régénérer après un feu. Il peut arriver cependant qu'une suite d'accidents de régénération (feux à intervalle rapproché) mène à un recrutement déficitaire par rapport au peuplement initial, créant ainsi un peuplement de plus faible densité, pouvant même devenir pessière à lichens à terme. La prépondérance des éricacées et des lichens contribue, selon toutes vraisemblances, à créer un milieu impropre à la croissance de l'épinette noire en causant une forte compétition pour les nutriments et l'eau disponible. Ayant des évidences que les pessières noires à lichens ont déjà supporté des peuplements d'épinette noire fermés et denses, la remise en production par la plantation devient envisageable. Les fonctions hydriques des plants de conifères priment lors des premières années suivant une plantation. De plus, les conditions hydriques peuvent être modifiées par l'application de traitements de préparation de terrain comme le scarifiage. Les objectifs de ce projet de recherche sont de i) mesurer l'effet de différentes préparations de terrain sur la croissance et les fonctions hydriques de semis d'épinette noire et de pin gris plantés dans les pessières noires à lichens non-perturbées et ii) de comparer, pour les mêmes variables, la réponse des mêmes semis plantés dans les pessières noires à mousses scarifiées qui avaient été préalablement récoltées. Le dispositif expérimental de ce projet fut un plan factoriel en cinq blocs 4X2, comprenant en parcelle principale quatre traitements de préparation de terrain soit, un scarifiage TTS à la fois dans les pessières noires à mousses et les pessières noires à lichens (scarifié p.l. et scarifié p.m.), taupage dans les pessières noires à lichens (taupe) et d'un traitement planté sans préparation de terrain dans les pessières noires à lichens (sans). Les deux espèces étudiées (pin gris et épinette noire) étaient en sous-parcelle. Des mesures de croissance (hauteur, diamètre, biomasse totale, ratio biomasse racinaire/aérienne et foliaire/aérienne) et de physiologie (conductance stomatique à lumière saturante, potentiel hydrique pré-aube du plant) en plus du contenu volumétrique en eau du sol lors de quatre échantillonnages en 2002 ont été prises dans des pessières noires à lichens et des pessières noires à mousses du nord de la forêt boréale commerciale (50e parallèle). Un modèle prédictif du potentiel hydrique du sol a été élaboré à partir du contenu volumétrique en eau du sol et du contenu en matière organique. La croissance globale en biomasse, après trois ans, des plants des pessières noires à lichens s'est avérée comparable à celles des plants des pessières noires à mousses malgré des hauteurs et des diamètres supérieurs des plants récoltés dans les pessières noires à mousses. Ces différences de croissance n'ont pu être expliquées par les fonctions hydriques des plants, semblables entre les différents traitements. De plus, les mesures des conditions hydriques de chacun des traitements indiquent que les pessières noires à lichens n'ont pas créé de conditions hydriques plus asséchantes pour les plants d'épinette noire et de pin gris que les pessières noires à mousses adjacentes. Dans les pessières noires à lichens, la différence de croissance, après trois ans, en faveur du traitement scarifié face aux autres traitements ne peut être expliquée par la réponse physiologique des plants d'épinette noire puisqu'elle fut la même dans chaque traitement de préparation de terrain. Pour le pin gris, les valeurs supérieures de conductance stomatique observées dans le traitement scarifié ne seraient qu'un reflet de la meilleure croissance obtenue dans ce traitement trois ans après plantation. À la lumière des résultats obtenus en termes de croissance et de fonctions hydriques, il serait envisageable de reboiser les pessières noires à lichens, à condition d'effectuer des travaux de scarifiage avant plantation.

De façon générale, la régénération après feu de l'épinette noire est suffisante pour assurer le maintien d'une forêt fermée. Cependant, dans certaines circonstances, des feux peuvent entraîner une régression du couvert forestier. Les inventaires forestiers du ministère des Ressources naturelles du Québec au coeur même de la forêt boréale fermées indiquent une proportion importante du territoire occupé par des pessières à cladonie (forêts de très faible densité) sur station sèche. L'hypothèse de travail est que ces forêts ouvertes sont mises en place naturellement, à la suite d'un manque de régénération entraînant ainsi une diminution de la densité du couvert forestier. Ces accidents peuvent être causés par le passage de feux au moment où les arbres sont immatures, lorsque la viabilité des graines est faible ou lorsque les conditions de germination de ces dernières et/ou le développement des semis sont inadéquats. L'objectif principal du projet est de démontrer que certains sites où l'on retrouve actuellement des pessières à cladonie étaient autrefois occupés par des forêts d'épinette noire fermées. Les objectifs secondaires sont de décrire les mécanismes d'ouverture du couvert forestier sur stations sèches et dépôts meubles de cette zone forestière et de démontrer qu'il y a une perte de productivité forestière. Le site d'étude, d'une superficie d'environ 25 ha, est situé à environ 140 km au nord du lac Saint-Jean (Québec) (50° nord, 72° ouest). Deux incendies forestiers ont été répertoriés, le premier vers 1920 et le second en 1995. Le coefficient de distribution (stocking) a été déterminé à partir d'inventaires de troncs d'arbres au sol partiellement décomposés, d'arbres morts debouts et de semis pour trois cohortes d'épinettes (avant 1920, 1920 à 1995, après 1995), par la mesure d'un réseau de 78 placettes échantillons de 4 m2. Les résultats montrent une chute du coefficient de distribution au cours du 20leme siècle, de 44 % à 26 % et finalement 4 % pour les trois cohortes identifiées. Ces données confirment la possibilité d'une régression rapide du couvert forestier sous l'action de feux survenus à la suite d'épidémies de la tordeuse des bourgeons de l'épinette. Elles sont également en accord avec les hypothèses portant sur le caractère accidentel de l'ouverture de la forêt. Pour évaluer le potentiel de croissance, 41 tiges échantillons ont été récoltées et analysées par la méthode de l'analyse de tiges. Les valeurs de croissance des tiges (Diamètre: 1,7 mm/année, Hauteur: 13,5 cm/année Volume: 1,0 dm3/tige/année) sont semblables à celles des tiges croissant dans les peuplements fermés avoisinants sur sites comparables. Les résultats obtenus nous permettent d'envisager des interventions dont le reboisement pour contrer les effets à long terme de ce phénomène et assurer le maintien des forêts commerciales d'épinette noire.

La formation du cerne de croissance du sapin de baumier (Abies balsamea (L.) Mill.) a été étudiée en forêt boréale dans le but de décrire son développement et de déterminer les facteurs météorologiques qui l'influencent. La croissance radiale a été mesurée à l'aide de deux techniques soit les analyses cellulaires et la dendrométrie. Des micro-carottes ont été extraites à toutes les semaines pendant les saisons de croissance de 1998 à 2000 afin d'effectuer des analyses cellulaires. Des sections ont été colorées à l'aide du cresyl fast violet pour dénombrer les cellules dans la phase d'élargissement radial, la phase de formation des parois secondaires et les cellules matures, permettant une reconstruction du développement du cerne. L'accroissement radial journalier a été étudié au cours des saisons de 1998 à 2001 à l'aide de dendromètres électroniques. Les analyses des cellules ont permis d'observer des variations dans le début de la croissance (7 mai-7 juin), dans la transition bois initial-bois final (2 juillet-19 juillet) et dans la fin de la lignification des parois cellulaires (20 août-20 septembre). L'élargissement radial a été de courte durée, de moins d'une semaine pour le bois initial et de 5 à 10 jours pour le bois final. Le temps requis pour l'épaississement des parois secondaires a été d'environ 20 jours et 30-35 jours pour le bois initial et le bois final respectivement. L'accroissement radial mesuré par les dendromètres a été divisé en 4 périodes suivant le cycle diurne du tronc soit (1) contraction, (2) expansion, (3) accroissement et (4) cycle total. Les conditions météorologiques moyennes de chacune des périodes ont été comparées à l'accroissement à l'aide de corrélations et de fonctions de réponse. Les conditions météorologiques prévalant de 16-17 h jusqu'à 8-9 h, correspondant aux périodes d'expansion et d'accroissement, ont eu le plus d'impact sur l'accroissement. Les fonctions de réponse étaient fortement linéaires avec une variance expliquée de 80-90 % et ont confirmé la majeure partie des résultats obtenus à l'aide des corrélations. L'accroissement a été positivement corrélé aux précipitations durant les phases 2 à 4 du cycle. Seule la température maximale de la période d'accroissement a eu un effet positif, suggérant que les températures nocturnes sont les plus importantes. Les résultats des analyses climat-croissance à l'aide des mesures cellulaires ont montré que dans le bois initial, la largeur des cellules est fortement reliée avec la température maximale, particulièrement celle du mois de juin où la majorité du cerne est formée. L'épaisseur des parois cellulaires dans le bois initial est aussi fortement reliée à la température à partir de la mi-juin jusqu'à la mi-juillet. Les résultats des analyses cellulaires montrent une flexibilité dans le développement du cerne procurant un avantage en forêt boréale où les conditions optimales de croissance changent d'années en années. La variation de la dimension des trachéides formées durant la saison de croissance est principalement affectée par la température journalière au tout début de sa différentiation. Par la suite, les processus d'élargissement cellulaire sont principalement influencés par les conditions nocturnes de précipitations et de températures.

Les épidémies de la tordeuse des bourgeons de l'épinette représentent l'une des perturbations majeures des forêts du Québec. Les données dendrochronologiques des 450 dernières années ont révélé que les épidémies du 20e siècle étaient plus sévères que celles des siècles précédents. De plus, il semble que les épidémies survenant au sud du Québec soient plus importantes que celles affectant les peuplements de la pessiere à mousse. Bien que la dynamique récente soit bien connue sur l'ensemble du territoire, la variabilité naturelle à long terme des épidémies est pratiquement inconnue. L'objectif du projet est de construire une chronologie continue d'arbres vivants et enfouis afin d'y identifier des réductions de croissance amenées par l'insecte. Pour ce faire, la forêt en bordure de deux tourbières situées au nord du Lac-Saint-Jean dans la pessiere à mousse a été échantillonnée afin de construire une chronologie d'arbres vivants. Les deux tourbières ont, quant à elles, été excavées afin de recueillir des troncs enfouis qui peuvent allonger la chronologie d'arbres vivants grâce à l'interdatation. Certains des échantillons prélevés dans les couches superficielles de la tourbe ont pu être insérés dans la chronologie permettant à celle-ci de s'étendre jusqu'en 1683. De nombreux arbres enfouis n'ont pu être interdatés avec les arbres vivant. Cependant, certains ont pu l'être entre eux pour ainsi former des chronologies flottantes. La majorité de ces chronologies ont été datés au 14C et proviennent de la période entre 500 à 1200 AD. À l'aide du logiciel OUTBREAK, des épidémies de l'insecte ont pu être identifiées sur les chronologies flottantes et sur celle comprenant des arbres vivants et enfouis. Les épidémies identifiées sur la chronologie d'arbres vivants et enfouis étaient peu sévères. Le climat, des peuplements moins susceptibles à la prolifération de l'insecte et le décalage phénologique entre les bourgeons de l'espèce hôte et Péclosion des larves peuvent expliquer la faiblesse du signal enregistrée. Les réductions identifiées sur les chronologies flottantes datant de 500 à 1200 AD étaient, quant à elles, très sévères. Une fréquence de feu amenant une proportion plus importante de forêts matures pourrait causer la force du signal observée. Cependant, la méthode pourrait comprendre un biais. L'incapacité d'inclure dans les chronologies flottantes les arbres ne présentant pas de réduction lors de l'interdatation peut avoir causé une surévaluation des épidémies. Les résultats suggèrent toutefois que l'insecte est présent dans la pessiere à mousse depuis 500 AD et que le feu, la sévérité des épidémies ainsi que la proportion de forêts matures ont varié au cours du temps.

À l'aide de données dendrochronologiques provenant d'une dizaine de bases de données différentes, et réparties sur 35 sites d'épinettes noires au travers de la pessière à mousse, nous avons étudié la dynamique spatio-temporelle des épidémies de la tordeuse des bourgeons de Pépinette (Chroristoneura fumiferana). Les périodes épidémiques ont été identifiées à l'aide d'une interprétation multicritères prenant en compte l'indice de croissance, le pourcentage d'arbres affectés ainsi qu'un algorithme de somme cumulée (CUSUM chart). Les données ont été cartographiées et soumises à un test d'autocorrélation spatiale (global et local). Nous avons ainsi identifié deux épidémies au cours du XXe siècle qui présentent une emprise significative sur le domaine de la pessière mousses. Parmi ces deux épidémies, la première a émergé dans la zone en 1904 pour atteindre un maximum autour de 1914 et semble avoir progressé du sud vers le nord, appuyant ainsi l'hypothèse d'un débordement des épidémies en provenance des sapinières plus au sud. La deuxième quant à elle présente une emprise plus importante ainsi qu'une structure spatiale plus marquée, notamment à l'échelle régionale. De plus, les premières réductions de croissances attribuées à la tordeuse des bourgeons de l'épinette ont été enregistrées au nord-est de la zone ce qui suppose une dynamique d'émergence propre à la pessière à mousses pour cette épidémie. Enfin, la différence d'impact enregistrée entre les deux épidémies suggère un déplacement vers le nord de la zone propice au développement des épidémies, et donc une plus grande susceptibilité de la pessière à mousses.

L'objectif de cette étude était de vérifier si l'enfouissement de la tige lors de l'établissement d'une plantation favorise un développement plus précoce du système racinaire adventif chez l'épinette noire. Il visait également à vérifier si ce développement plus rapide des racines adventives permet une croissance plus élevée et une réduction du stress hydrique. Trois méthodes de mise en terre ont été comparées quant à leurs effets sur les paramètres de croissance, soit la méthode enfouie, pré-enfouie et standard. Dans la méthode standard, les semis sont plantés de façon à ce que le niveau du collet, c'est-à-dire l'interface entre la tige et la partie racinaire, se retrouve au niveau du sol. Dans la méthode enfouie, les semis ont été plantés de façon à ce qu'une partie de la tige se retrouve sous le niveau du sol au moment de la mise en terre en forêt alors que dans la méthode pré-enfouie, la tige des semis avait été préalablement enfouie dans le substrat lors de la culture en serre. Deux types de substrats liés au microsite de plantation ont également été étudiés, soit le substrat minéral et organique. Un échantillonnage d'épinettes noires provenant d'une plantation expérimentale dans le secteur de Chapais, près de Chibougamau, a été réalisé après 10 et 15 années de croissance. Les paramètres mesurés étaient la taille de la tige et la croissance aérienne, le développement du système racinaire, la capacité photosynthétique et le statut hydrique. Un développement plus important du système racinaire adventif par rapport au système racinaire initial a été observé chez les plants enfouis et pré-enfouis. Toutefois, la méthode de mise en terre n'a pas influencé la croissance aérienne de l'épinette noire. Le statut hydrique et la capacité de photosynthèse n'ont également pas été influencés par la méthode de mise en terre. Par conséquent, bien que l'enfouissement du collet ait modifié le développement du système racinaire, cela n'a pas favorisé le statut hydrique, la capacité photosynthétique ni la croissance de l'épinette noire en plantation. Bien que l'enfouissement du collet et la modification de la structure du système racinaire qui en a résulté n'ait pas favorisé la croissance aérienne, il n'a également eu aucun effet nuisible sur les épinettes.

Selon les reconstitutions des variations de température à la surface de la terre, le 20e siècle s'est démarqué par des températures particulièrement chaudes dans le contexte des dernières mille années. De plus, la vitesse du réchauffement est plus élevée dans les écosystèmes nordiques. Les changements dans la phénologie des méristèmes primaires des feuilles et des fleurs représentent les effets les mieux documentés du changement climatique chez les plantes, avec des résultats convergents dans le monde entier vers des événements anticipés au printemps et décalés à l'automne menant donc vers une augmentation de la durée de la saison de croissance. Cependant, les tendances historiques de la phénologie, quant à la croissance des méristèmes secondaires (cambium), n'ont pas de registres à long terme. La dynamique de la formation du bois chez Tépinette noire [Picea mariana (Mill.) BSP] a été suivie pendant les neuf dernières années sur une échelle de temps hebdomadaire dans quatre sites situés à différentes latitudes (entre le 4.8e et le 51e parallèle) et altitudes dans la forêt boréale du Québec, au Canada. Les modèles d'évaluation de la phénologie du xylème ont été définis et appliqués pour reconstituer le début, la fin et la durée de la xylogénèse pendant la période de 1950 à 2010 en utilisant des seuils thermiques appliqués sur des séries historiques de températures maximales et minimales. Tous les sites ont affiché une tendance croissante en ce qui concerne les températures annuelles et la période maiseptembre: Les plus grands changements de température ont été observés pour la température maximale à des latitudes élevées. Les événements phénologiques du printemps ont été plus touchés que ceux qui se produisent en automne, avec un début anticipé de l'activité cambiale de cinq à huit jours par 100 ans et des retards pour la fin de la xylogénèse statistiquement significatifs calculés uniquement avec le modèle utilisant la température minimale. Les changements estimés dans la phénologie cambiale démontrent les effets marqués de la récente augmentation de la température sur la période de la croissance et de la dynamique des méristèmes secondaires des arbres.