Dans le contexte des changements climatiques et du développement anthropique, les populations sauvages sont soumises à une pression de plus en plus forte, compromettant leur maintien ou leur rétablissement. Le devenir de nombreuses populations est aujourd'hui incertain. La mise en place de stratégies de gestion efficaces de ces populations nécessite une connaissance fiable des paramètres démographiques, de leur contribution aux changements du taux de croissance, et de leurs facteurs. Dans le Nord, la majorité des troupeaux de caribous et de rennes sont en déclin. Les troupeaux de caribous migrateurs Rivière-aux-Feuilles (TRAF) et Rivière-George (TRG), dans le nord du Québec et au Labrador ne font pas exception. Leur déclin drastique ces 30 dernières années met en péril le fonctionnement des écosystèmes nordiques, la sécurité alimentaire des communautés autochtones ainsi que la transmission de leur culture. Dans la première section de ma thèse, je me suis intéressée à la survie des femelles adultes et des juvéniles en cherchant à produire des estimés fiables de ces paramètres et à identifier les facteurs environnementaux impliqués. Ces données sont par la suite exploitées dans la deuxième section de ma thèse pour la reconstitution de la dynamique de population passée des troupeaux. J'ai également tenté de prédire la capacité de rétablissement des troupeaux sous différents scénarios pessimiste, réaliste et optimiste des fluctuations des paramètres démographiques combinés à plusieurs simulations de prélèvements par la chasse. Mes travaux suggèrent que le déclin du TRAF serait contemporain à celui du TRG au début des années 1990. Les survies des femelles adultes et des faons étaient les principaux déterminants des changements dans le taux de croissance des troupeaux. La survie annuelle des femelles adultes était très stable pour le TRAF alors qu'elle était hautement variable pour le TRG, ce qui expliquerait le déclin plus rapide de ce dernier. Chez les deux troupeaux, les survies annuelles et saisonnières des femelles adultes étaient affectées par les conditions environnementales associées à la disponibilité des ressources et des conditions météorologiques au cours des saisons biologiques. Les résultats confirmaient des effets immédiats, reportés, directs et indirects des conditions environnementales saisonnières sur la survie des femelles adultes. Les conditions favorisant une augmentation des coûts de déplacement ou une réduction de l'accès aux ressources diminuaient la probabilité de survie. La survie des faons jusqu'au recrutement était très variable ce qui expliquait sa forte contribution aux changements dans le taux de croissance. La survie des faons avant sevrage semblait plus stable d'une année à l'autre et était principalement déterminée par la date de naissance et les précipitations moyennes journalières rencontrées au cours de la saison de mise bas. Mes résultats suggèrent enfin qu'un rétablissement des troupeaux serait possible sous réserve d'une amélioration de la survie de toutes les classes d'âge et du taux de gestation. Des prélèvements élevés pourraient aussi limiter le potentiel de reprise de croissance des troupeaux même avec des taux démographiques élevés. Les différences observées entre les troupeaux concernant les facteurs de la survie et la contribution des paramètres démographiques au déclin soulignent le besoin d'une gestion séparée des troupeaux. Mes travaux sont parmi les premiers à présenter les variations saisonnières de la survie des femelles adultes chez le caribou. Pour les deux troupeaux migrateurs, ils fournissent les premiers estimés de la survie juvénile annuelle et de ses variations intra-annuelles. Ma thèse offre aussi une compréhension plus fine de la dynamique de population passée. Elle propose des approches technologiques et de modélisation modernes permettant d'améliorer notre analyse des paramètres démographiques et de la dynamique de population, adaptables à d'autres espèces. Les approches intégrées flexibles et évolutives soutiennent le développement d'une gestion dynamique et adaptative indispensable dans le contexte des changements climatiques et du développement anthropique. / In the context of climate change and anthropogenic development, wild populations are under increasing pressure, compromising their maintenance or recovery. The future of many populations is now uncertain. The implementation of effective management strategies for these populations requires a reliable knowledge of demographic parameters, their contribution to changes in the growth rate, and their drivers. In the North, most caribou and reindeer populations are in decline. The Rivière-aux-Feuilles (RAF) and Rivière-George (RG) migratory caribou herds in northern Québec and Labrador are no exception. Their drastic decline over the last 30 years is jeopardizing the functioning of northern ecosystems, the food security of indigenous communities and the transmission of their culture. In the first section of my thesis, I focused on the survival of adult females and juveniles, trying to produce reliable estimates of these parameters and to identify their environmental factors. These data are then used in the second section of my thesis to reconstruct the past population dynamics of the herds. I also attempted to predict the recovery capacity of the herds under different pessimistic, realistic and optimistic scenarios of fluctuations in demographic parameters combined with several simulations of harvest rates. My work suggests that the decline of the RAF was contemporaneous with the decline of the RG in the early 1990s. Survival of adult females and calves were the primary determinants of changes in herd growth rates. Annual survival of adult females was very stable for the RAF while it was highly variable for the RG, which would explain the more rapid decline of the latter. In both herds, annual and seasonal survival of adult females was affected by environmental conditions associated with resource availability and weather conditions during the biological seasons. Results confirmed immediate, delayed, direct and indirect effects of seasonal environmental conditions on adult female survival. Conditions that increased travel costs or reduced access to resources decreased the probability of survival. Calf survival to recruitment was highly variable and thus contributed strongly to changes in the growth rate. Pre-weaning calf survival appeared to be more stable between years and was primarily determined by the birth date and average daily precipitations during the calving season. Finally, my results suggest that herd recovery may be possible provided that survival of all age classes and pregnancy rates improve. High harvest rates may also limit the potential for herds to recover even under high demographic rates. The differences between herds in survival factors and the contribution of demographic parameters to decline highlight the need for separate herd management. My work is among the first to assess seasonal variations in survival of adult females in caribou. For both migratory herds, it provides the first estimates of annual juvenile survival and its intra-annual variations. My thesis also provides a more detailed understanding of past population dynamics. It proposes modern technological and modeling approaches to improve our analysis of demographic parameters and population dynamics, adaptable to other species. Flexible and evolutionary integrated approaches support the development of dynamic and adaptive management essential in the context of climate change and anthropogenic development.

Les changements globaux, induits par l'augmentation et le cumul des perturbations naturelles et anthropiques, modifient les caractéristiques environnementales, et par conséquent la répartition des espèces et la dynamique des réseaux trophiques. Les principaux objectifs de mon travail sont: 1) de caractériser, dans le contexte des changements globaux, les effets spécifiques et cumulés des perturbations naturelles et anthropiques sur les interactions prédateur-proie chez les grands mammifères, et 2) d'évaluer comment les changements globaux affecteraient la pertinence de la stratégie d'aménagement d'une espèce parapluie pour la conservation de la biodiversité régionale. Mon système d'étude est le caribou des bois (Rangifer tarandus caribou), écotype forestier, sujet à la prédation par les loups gris (Canis lupus) dans la région de la Côte-Nord (QC, Canada). Dans le Chapitre 1, j'évalue l'impact des épidémies de tordeuse des bourgeons de l'épinette (Choristoneura fumiferana) sur la répartition, la survie et les interactions trophiques du caribou. Pour cela, j'ai utilisé des relevés annuels de la sévérité des épidémies de tordeuse combinés avec les localisations des caribous et des loups munis de colliers GPS ainsi que des inventaires aériens d'orignaux (Alces alces). Pour considérer les effets de l'épidémie de tordeuse sur l'orignal, le loup et le caribou, j'ai utilisé des analyses de sélection d'habitat et de survie pour le caribou. J'ai démontré comment une épidémie d'insectes induit un enfeuillement, créant une augmentation de ressources pour les orignaux, résultant à une suite de réponses spatiales et démographiques chez l'orignal, le loup et le caribou. La réponse numérique de l'orignal et les réponses comportementales de l'orignal et du loup étaient fortement associées à une réponse négative chez le caribou. Le risque de mortalité du caribou était plus élevé pour les individus sélectionnant les peuplements forestiers les plus sévèrement affectés par la tordeuse, surtout si les peuplements étaient coupés après l'épidémie. Mes travaux indiquent une compétition apparente « retardée » entre l'orignal et le caribou médiée par la prédation des loups. En plus de l'impact des épidémies d'insectes, les feux de forêt et l'aménagement forestier menacent les caribous en modifiant également les interactions trophiques. Dans le Chapitre 2, j'ai évalué les effets cumulés de l'aménagement forestier et des changements climatiques sur la mortalité du caribou. En utilisant un modèle spatialement explicite centré sur l'individu (IBM), j'ai simulé le déplacement des animaux et les interactions interspécifiques dans des paysages virtuels, variant selon trois niveaux de coupes et trois scénarios de changement climatique. Je démontre que les changements induits par le climat et l'aménagement forestier influencent les interactions trophiques en exacerbant la compétition apparente, par une augmentation asymétrique de la disponibilité des ressources. Mon modèle prévoit un enfeuillement induit par les changements globaux, augmentant l'abondance des orignaux et des loups, avec des conséquences désastreuses pour le caribou. De plus, je démontre que les effets provenant de la réponse numérique prédominent par rapport à une réponse comportementale seule. Ainsi, les changements globaux devraient fondamentalement modifier la structure du réseau trophique, renforçant les interactions indirectes par la compétition apparente. Un autre résultat majeur souligne que l'impact de l'aménagement forestier devrait être plus précoce et trois fois plus élevé que l'impact des changements climatiques. Afin de préserver la biodiversité, ces résultats suggèrent de se concentrer d'abord sur la réduction des impacts négatifs de l'aménagement forestier. Enfin, dans le Chapitre 3, j'ai évalué l'impact des changements climatiques et de l'aménagement forestier sur le maintien de la biodiversité. Plus précisément, j'ai évalué l'efficacité et l'effet parapluie des stratégies d'aménagement de l'habitat du caribou forestier dans un contexte de changements globaux pour la conservation des oiseaux et des coléoptères. J'ai combiné des modèles mécanistes spatialement explicites pour prévoir l'efficacité des stratégies d'aménagement sur la survie du caribou, et des modèles prédictifs d'occurrence pour caractériser l'impact sur le maintien des assemblages d'espèces. Les paysages ont été simulés selon quatre aménagements forestiers, dont deux stratégies d'aménagement, et trois scénarios de changement climatique. Je démontre que les stratégies d'aménagement, conçues pour la conservation du caribou, devraient également maintenir les assemblages d'oiseaux et de coléoptères. Bien que j'ai détecté un effet plus important de l'aménagement forestier, l'effet parapluie des stratégies d'aménagement dépendraient également de la sévérité des changements climatiques. Les stratégies d'aménagement conçues pour une seule espèce pourraient donc avoir un important effet parapluie pour la biodiversité. / Global change, through the increase and cumulative impacts of natural and anthropogenic disturbances, is predicted to modify species distributions and food-web dynamics, through changes in environmental characteristics. The main goals of my work are two-fold: 1) characterize, in the context of global change, the specific and cumulative effects of natural and anthropogenic disturbances on predator-prey interactions among large mammals, and 2) assess how global change is expected to impact the relevance of recovery strategy of an umbrella species for the conservation of regional biodiversity. My study system was the boreal ecotype of woodland caribou (Rangifer tarandus caribou), subject most notably to predation by gray wolves (Canis lupus) in the Côte-Nord region (QC, Canada). In Chapter 1, I assess the impact of spruce budworm (Choristoneura fumiferana) outbreaks on the distribution, survival and trophic interactions of boreal caribou. For this, I used annual surveys of spruce budworm outbreak severity, and combined these data with locations of GPS-collared caribou and wolves, and aerial inventories of moose (Alces alces). To account for comparative effects of spruce budworm outbreak on expected responses in moose, wolves, and caribou, I used a statistical habitat selection and survival analyses for boreal caribou. For the first time, I demonstrated how an insect outbreak triggers a flush of deciduous vegetation creating a resource pulse for herbivores, which then translates into a suite of spatial and demographic responses in moose, wolves, and boreal caribou. I show a numerical response in moose and behavioral responses in both moose and wolves that associated strongly with a negative response in caribou. Consistently, mortality risk of caribou was higher for individuals selecting forest stands most severely impacted by spruce budworm, especially if stands were logged post-outbreak. My work is indicative of “delayed” apparent competition between moose and caribou via wolf predation because wolves clearly showed selection to use impacted areas after post-outbreak logging that were of greatest risk to caribou. In addition to the impact of insect outbreaks, wildfires and forest harvesting threaten boreal caribou populations by also altering trophic interactions. Given the latest and harsh climate change projections, in Chapter 2, I assessed the cumulative impacts of forest harvesting and climate change on the mortality of boreal caribou. I use a spatially explicit individual-based model (IBM) to simulate animal movement and species interaction in virtual landscapes, varying in terms of three levels of forest management and three climate change scenarios. I demonstrate that climate- and land-use-induced changes influence trophic interactions by exacerbating apparent competition, through asymmetric increase in resource availability between the two herbivores species. My analysis forecasts how climate and land-use changes increase the proportion of deciduous vegetation, and show this bottom-up forcing increases moose and wolf abundance, with dire consequences for boreal caribou. Moreover, I partition the indirect effects on caribou into behavioral-numeric versus behavioral only interactions and show that numeric effects predominated. Thus, combined impacts of land-use and climate changes can fundamentally alter the food web structure, making indirect interactions stronger through apparent competition. Another major result highlights that land-use impacts are predicted to be earlier and three times higher than climate change impacts. This has globally relevant and urgent implications for biodiversity conservation – focus first on reducing negative impacts of land-use change as an effective longer-term climate change biodiversity conservation strategy. Finally, in Chapter 3, I assessed the impact of global climate and land-use changes on biodiversity integrity. More specifically, I assessed the effectiveness and umbrella value of management strategies designed to meet the needs of the boreal caribou in a context of global change for conservation of birds and beetles. I combined mechanistic, spatially explicit models to forecast the impact of management strategies on the survival of boreal caribou, and predictive models of species occupancy to characterize concurrent impacts on bird and beetle diversity. Landscapes were simulated based on four forest management plans, including two management strategies, and three climate change scenarios. I found that strategies that best mitigate human impact on boreal caribou were also the best at maintaining bird and beetle assemblages. While I detected a stronger effect of land-use change compared to climate change, the umbrella value of the management strategies was also impacted by the severity of climate change. Single-species conservation actions may therefore have important umbrella biodiversity benefits.

Les changements globaux, induits par l'augmentation et le cumul des perturbations naturelles et anthropiques, modifient les caractéristiques environnementales, et par conséquent la répartition des espèces et la dynamique des réseaux trophiques. Les principaux objectifs de mon travail sont: 1) de caractériser, dans le contexte des changements globaux, les effets spécifiques et cumulés des perturbations naturelles et anthropiques sur les interactions prédateur-proie chez les grands mammifères, et 2) d'évaluer comment les changements globaux affecteraient la pertinence de la stratégie d'aménagement d'une espèce parapluie pour la conservation de la biodiversité régionale. Mon système d'étude est le caribou des bois (Rangifer tarandus caribou), écotype forestier, sujet à la prédation par les loups gris (Canis lupus) dans la région de la Côte-Nord (QC, Canada). Dans le Chapitre 1, j'évalue l'impact des épidémies de tordeuse des bourgeons de l'épinette (Choristoneura fumiferana) sur la répartition, la survie et les interactions trophiques du caribou. Pour cela, j'ai utilisé des relevés annuels de la sévérité des épidémies de tordeuse combinés avec les localisations des caribous et des loups munis de colliers GPS ainsi que des inventaires aériens d'orignaux (Alces alces). Pour considérer les effets de l'épidémie de tordeuse sur l'orignal, le loup et le caribou, j'ai utilisé des analyses de sélection d'habitat et de survie pour le caribou. J'ai démontré comment une épidémie d'insectes induit un enfeuillement, créant une augmentation de ressources pour les orignaux, résultant à une suite de réponses spatiales et démographiques chez l'orignal, le loup et le caribou. La réponse numérique de l'orignal et les réponses comportementales de l'orignal et du loup étaient fortement associées à une réponse négative chez le caribou. Le risque de mortalité du caribou était plus élevé pour les individus sélectionnant les peuplements forestiers les plus sévèrement affectés par la tordeuse, surtout si les peuplements étaient coupés après l'épidémie. Mes travaux indiquent une compétition apparente « retardée » entre l'orignal et le caribou médiée par la prédation des loups. En plus de l'impact des épidémies d'insectes, les feux de forêt et l'aménagement forestier menacent les caribous en modifiant également les interactions trophiques. Dans le Chapitre 2, j'ai évalué les effets cumulés de l'aménagement forestier et des changements climatiques sur la mortalité du caribou. En utilisant un modèle spatialement explicite centré sur l'individu (IBM), j'ai simulé le déplacement des animaux et les interactions interspécifiques dans des paysages virtuels, variant selon trois niveaux de coupes et trois scénarios de changement climatique. Je démontre que les changements induits par le climat et l'aménagement forestier influencent les interactions trophiques en exacerbant la compétition apparente, par une augmentation asymétrique de la disponibilité des ressources. Mon modèle prévoit un enfeuillement induit par les changements globaux, augmentant l'abondance des orignaux et des loups, avec des conséquences désastreuses pour le caribou. De plus, je démontre que les effets provenant de la réponse numérique prédominent par rapport à une réponse comportementale seule. Ainsi, les changements globaux devraient fondamentalement modifier la structure du réseau trophique, renforçant les interactions indirectes par la compétition apparente. Un autre résultat majeur souligne que l'impact de l'aménagement forestier devrait être plus précoce et trois fois plus élevé que l'impact des changements climatiques. Afin de préserver la biodiversité, ces résultats suggèrent de se concentrer d'abord sur la réduction des impacts négatifs de l'aménagement forestier. Enfin, dans le Chapitre 3, j'ai évalué l'impact des changements climatiques et de l'aménagement forestier sur le maintien de la biodiversité. Plus précisément, j'ai évalué l'efficacité et l'effet parapluie des stratégies d'aménagement de l'habitat du caribou forestier dans un contexte de changements globaux pour la conservation des oiseaux et des coléoptères. J'ai combiné des modèles mécanistes spatialement explicites pour prévoir l'efficacité des stratégies d'aménagement sur la survie du caribou, et des modèles prédictifs d'occurrence pour caractériser l'impact sur le maintien des assemblages d'espèces. Les paysages ont été simulés selon quatre aménagements forestiers, dont deux stratégies d'aménagement, et trois scénarios de changement climatique. Je démontre que les stratégies d'aménagement, conçues pour la conservation du caribou, devraient également maintenir les assemblages d'oiseaux et de coléoptères. Bien que j'ai détecté un effet plus important de l'aménagement forestier, l'effet parapluie des stratégies d'aménagement dépendraient également de la sévérité des changements climatiques. Les stratégies d'aménagement conçues pour une seule espèce pourraient donc avoir un important effet parapluie pour la biodiversité. / Global change, through the increase and cumulative impacts of natural and anthropogenic disturbances, is predicted to modify species distributions and food-web dynamics, through changes in environmental characteristics. The main goals of my work are two-fold: 1) characterize, in the context of global change, the specific and cumulative effects of natural and anthropogenic disturbances on predator-prey interactions among large mammals, and 2) assess how global change is expected to impact the relevance of recovery strategy of an umbrella species for the conservation of regional biodiversity. My study system was the boreal ecotype of woodland caribou (Rangifer tarandus caribou), subject most notably to predation by gray wolves (Canis lupus) in the Côte-Nord region (QC, Canada). In Chapter 1, I assess the impact of spruce budworm (Choristoneura fumiferana) outbreaks on the distribution, survival and trophic interactions of boreal caribou. For this, I used annual surveys of spruce budworm outbreak severity, and combined these data with locations of GPS-collared caribou and wolves, and aerial inventories of moose (Alces alces). To account for comparative effects of spruce budworm outbreak on expected responses in moose, wolves, and caribou, I used a statistical habitat selection and survival analyses for boreal caribou. For the first time, I demonstrated how an insect outbreak triggers a flush of deciduous vegetation creating a resource pulse for herbivores, which then translates into a suite of spatial and demographic responses in moose, wolves, and boreal caribou. I show a numerical response in moose and behavioral responses in both moose and wolves that associated strongly with a negative response in caribou. Consistently, mortality risk of caribou was higher for individuals selecting forest stands most severely impacted by spruce budworm, especially if stands were logged post-outbreak. My work is indicative of "delayed" apparent competition between moose and caribou via wolf predation because wolves clearly showed selection to use impacted areas after post-outbreak logging that were of greatest risk to caribou. In addition to the impact of insect outbreaks, wildfires and forest harvesting threaten boreal caribou populations by also altering trophic interactions. Given the latest and harsh climate change projections, in Chapter 2, I assessed the cumulative impacts of forest harvesting and climate change on the mortality of boreal caribou. I use a spatially explicit individual-based model (IBM) to simulate animal movement and species interaction in virtual landscapes, varying in terms of three levels of forest management and three climate change scenarios. I demonstrate that climate- and land-use-induced changes influence trophic interactions by exacerbating apparent competition, through asymmetric increase in resource availability between the two herbivores species. My analysis forecasts how climate and land-use changes increase the proportion of deciduous vegetation, and show this bottom-up forcing increases moose and wolf abundance, with dire consequences for boreal caribou. Moreover, I partition the indirect effects on caribou into behavioral-numeric versus behavioral only interactions and show that numeric effects predominated. Thus, combined impacts of land-use and climate changes can fundamentally alter the food web structure, making indirect interactions stronger through apparent competition. Another major result highlights that land-use impacts are predicted to be earlier and three times higher than climate change impacts. This has globally relevant and urgent implications for biodiversity conservation - focus first on reducing negative impacts of land-use change as an effective longer-term climate change biodiversity conservation strategy. Finally, in Chapter 3, I assessed the impact of global climate and land-use changes on biodiversity integrity. More specifically, I assessed the effectiveness and umbrella value of management strategies designed to meet the needs of the boreal caribou in a context of global change for conservation of birds and beetles. I combined mechanistic, spatially explicit models to forecast the impact of management strategies on the survival of boreal caribou, and predictive models of species occupancy to characterize concurrent impacts on bird and beetle diversity. Landscapes were simulated based on four forest management plans, including two management strategies, and three climate change scenarios. I found that strategies that best mitigate human impact on boreal caribou were also the best at maintaining bird and beetle assemblages. While I detected a stronger effect of land-use change compared to climate change, the umbrella value of the management strategies was also impacted by the severity of climate change. Single-species conservation actions may therefore have important umbrella biodiversity benefits.

Nous avons utilisé la télédétection pour examiner comment l’abondance du caribou migrateur pouvait influencer la quantité de ressources alimentaires, et comment ces changements pouvaient affecter la dynamique de population et les patrons d’utilisation de l’espace des caribous. Nous avons évalué les relations entre le caribou et ses ressources alimentaires pour l’aire de mise bas et l’aire d’estivage du troupeau Rivière-George (TRG) du nord du Québec et du Labrador (Canada) entre 1991 et 2011. Nous avons modélisé les relations entre la productivité primaire et des variables climatiques, nous permettant d’isoler les effets d’autres facteurs, comme la pression de broutement des caribous. Nous avons trouvé une relation négative entre la densité de caribous et la productivité primaire à grande échelle, suggérant que la pression de broutement par les caribous pouvait réduire l’abondance des ressources alimentaires et contribuer à la dégradation de l’habitat. Une forte tendance au réchauffement durant la période d’étude, couplée avec un déclin de la taille de population du TRG, a cependant entrainé une productivité primaire plus élevée. Cette hausse de la productivité primaire pourrait représenter un rétablissement de la végétation suite à la réduction de la pression de broutement et/ou un effet du réchauffement climatique. / This thesis used remote sensing to examine how changes in caribou abundance can impact forage availability, and how these changes might in turn affect the population dynamics and space use patterns of migratory caribou. We investigated these relationships for the Rivière-George caribou herd (RGH) and its calving grounds and summer range in Northern Quebec and Labrador (Canada) from 1991-2011. We modelled the relationships between primary productivity and various climatic variables, allowing us to isolate the effects of non-climatic factors, such as caribou herbivory, on primary productivity. We found a negative relationship between caribou density and primary productivity at the range-scale, suggesting that caribou herbivory can reduce forage abundance and contribute to habitat degradation. However, a strong warming trend over the study period, coupled with a decline in RGH population size, meant that we observed a trend towards higher primary productivity. This greening trend may represent vegetation recovery following the reduction in caribou herbivory and/or an effect of climate warming.