Le caribou forestier est établi dans la forêt boréale au Canada et la densité de ses populations diminue depuis les dernières dizaines d'années. Plusieurs facteurs peuvent influencer l'abondance des caribous, comme la productivité primaire, la fréquence des perturbations à la végétation, la quantité de biomasse disponible et la facilité des loups à se déplacer. Dans le cadre de ce mémoire, un survol de l'évolution des modèles prédateurs-proies est d'abord présenté. Ensuite, un modèle mathématique à équations différentielles ordinaires est construit, afin de représenter les interactions trophiques entre les caribous et les autres espèces présentes dans l'Est et l'Ouest du Canada, incluant les orignaux, les cerfs de Virginie, les loups et les ours noirs. On obtient deux systèmes multi-prédateurs et multi-proies, où on modélise les interactions avec des réponses fonctionnelles de type II de Holling et des équations de croissance du modèle de Bazykin. Une analyse comparative est faite entre le modèle de l'Est et de l'Ouest en faisant varier les paramètres selon les facteurs énumérés précédemment. Le modèle prédit un effet négatif sur la densité de caribous avec, indépendamment, l'ajout de proies alternatives aux loups, l'augmentation de la biomasse dont se nourrissent l'orignal et le cerf dans l'Ouest, l'augmentation du taux de recherche du loup et des perturbations fréquentes à la végétation. Il prédit un effet neutre sur la densité de caribous lors d'une augmentation du niveau de productivité primaire. L'analyse du modèle permet de constater la complexité des réseaux trophiques dans l'Est et dans l'Ouest du Canada et la difficulté à prévoir l'impact des perturbations à l'habitat sur les autres espèces de l'écosystème. Les résultats du modèle laissent présager que les perturbations associées aux changements climatiques et aux interventions anthropiques auront des effets négatifs sur la densité (et la survie) du caribou forestier dans la forêt boréale du Canada. / The woodland caribou is established in the boreal forest of Canada and the density of its populations has been declining for the last decades. Several factors can influence the abundance of caribou, such as primary productivity, the frequency of disturbances in the habitat, the amount of biomass available, and the movement of wolves following linear features. In this master's thesis, an overview of the evolution of predator-prey models is first presented. Then, a mathematical model with ordinary differential equations is built to represent the trophic interactions between caribou and other species present in Eastern and Western Canada, including moose, white-tailed deer, wolves, and black bears. Two multi-predator and multi-prey systems are built, in which interactions are modelled with hyperbolic functional responses (Holling's type II) and Bazykin's model equations. A comparative analysis is made between the eastern and western model by varying the parameters according to the previously listed factors. The model predicts a negative effect on caribou density with, independently, the addition of alternative prey to wolves, the increase in the biomass of deciduous vegetation, the increase in the search rate of wolves, and frequent disturbances to vegetation. It predicts a neutral effect on caribou density during an increase in the level of primary productivity. The analysis of this model shows the complexity of food webs in Eastern and Western Canada and the difficulty of predicting the consequences of habitat disturbances on the populations of established mammals. The results of this model portend that the perturbations associated with climate change and anthropogenic activity will have negative impacts on the density (and thus survival) of the woodland caribou in the boreal forest of Canada.

La densification de la strate arbustive dans les régions arctiques et subarctiques a été largement observée au cours des dernières décennies, soulevant par le fait même des questionnements quant à l’implication de ce phénomène sur les ressources alimentaires des grands herbivores qui fréquentent ces régions. L’augmentation du couvert de neige et l’atténuation de lumière créées par un couvert arbustif plus dense sont susceptibles de mener à des modifications de la quantité et de la qualité nutritionnelle des ressources alimentaires consommées par le caribou migrateur (Rangifer tarandus). Notre objectif était de déterminer les effets de l’augmentation du couvert de neige et l’atténuation de la lumière au cours d’une saison de croissance sur la qualité et la quantité de deux composantes majeures du régime alimentaire du caribou migrateur, soit le bouleau glanduleux (Betula glandulosa) et les carex (Carex spp.). À l’aide d’une expérience contrôlée, nous avons démontré que l’ombrage améliorent la qualité nutritive des bouleaux et des carex pendant la saison de croissance via l’augmentation de la concentration d’azote et la diminution de la concentration de phénols totaux dans les feuilles. La combinaison d’un couvert de neige plus épais et de la pleine lumière ont augmenté la quantité de biomasse foliaire produite par B. glandulosa, ce qui augmente la quantité de nourriture disponible pour les caribous. En somme, nos résultats montrent que les traitements de l’expérience un impact positif sur certaines ressources alimentaires du caribou migrateur. Puisque la densification des arbustes risque d’avoir des impacts nutritifs sur d’autres groupes d’espèces végétales, nous proposons de poursuivre les recherches sur d’autres composantes du régime alimentaire du caribou migrateur, tels que les lichens et les herbacées. / Shrub expansion in arctic and subarctic regions has been widely observed over the last decades, raising questions about implications on the food resources of large herbivores. Increased snow cover and attenuation of light created by a denser shrub canopy can lead to changes in quantity and nutritional quality of resources for caribou (Rangifer tarandus), an arctic herbivore. Our main objective was to determine the effects of a deeper snow cover and light attenuation throughout a growing season on the quantity and quality of two major components of migratory caribou’s diet: dwarf birch (Betula glandulosa) and sedges (Carex spp.). Using a controlled experiment, we demonstrated that shading improved the nutritional quality of birch and sedges throughout the growing season by increasing nitrogen concentration and decreasing total phenol concentration in leaves. The combination of deeper snow cover and full light increased the biomass of leaves produced by B. glandulosa, which increased the quantity of food available for caribou. Our results support that our experimental treatments had a positive impact on some food resources for migratory caribou. Since shrub densification may have nutritional impacts on other groups of plant species, we propose to continue research on other food components of migratory caribou, such as lichens and forbs.

L'objectif de la recherche était de déterminer si les caribous forestiers changeaient leur sélection des forêts denses et matures de conifères en fonction de l'abondance des perturbations anthropiques dans leur domaine vital, entre domaines vitaux et aux deux niveaux simultanément. L'étude visait donc à mettre en évidence des réponses fonctionnelles dans leur sélection d'habitat. Vingt-sept caribous ont été suivis par télémétrie et ces observations ont été utilisées pour construire des fonctions de sélection des ressources. Ces analyses démontrent que les caribous variaient leur sélection des forêts de conifères selon le niveau de perturbations anthropiques à la fois dans leur domaine vital, entre domaines vitaux et aux deux niveaux imbriqués. Les caractéristiques des réponses fonctionnelles variaient entre les saisons. La considération de cette plasticité comportementale permet d'obtenir une description plus fidèle de la dynamique spatiale du caribou et, également, de réévaluer le potentiel des forêts résiduelles pour sa conservation en forêt boréale aménagée.

Ce projet visait à déterminer comment les réponses fonctionnelles dans la sélection de l’habitat influencent la survie des caribous forestiers adultes (Rangifer tarandus). Une réponse fonctionnelle apparaît lorsque la sélection pour un milieu varie en fonction de sa disponibilité ou celle d’un autre milieu. La sélection de l’habitat a été modélisée pour 83 caribous, dont 20 qui sont morts durant le suivi. Une forte probabilité de présence à proximité des coupes était associée à un fort risque de mortalité, particulièrement si cette probabilité augmentait fortement avec l’abondance des coupes. Aussi, tous les caribous, qu’ils soient morts ou qu’ils aient survécus, évitaient les peuplements mixtes, et cet évitement était particulièrement fort pour les individus dont le domaine vital incluait une forte proportion de coupes. Ainsi, les réponses fonctionnelles ne mettent pas nécessairement en évidence des comportements adaptatifs et peuvent refléter des décisions compromettant la survie. / The goal of this study was to determine the link between functional responses in habitat selection and adult survival in forest-dwelling woodland caribou (Rangifer tarandus). A functional response occurs when the selection for a cover type varies as a function of its availability or the availability of another cover type. Habitat selection was modeled for 83 caribou, of which 20 died during the monitoring period. A strong probability of occurrence in proximity to cutovers was associated with a high mortality risk, especially if the probability increased with the abundance of cuts. In addition, caribou avoided mixed stands, and this avoidance was especially strong for individuals with a high proportion of cuts in their home range. This behaviour was similar for caribou that died and those that survived the monitoring period. Thus, functional responses are not necessarily adaptive behaviours and may reflect decisions compromising survival.

À la suite d’une coupe forestière, les parterres en régénération peuvent subir un enfeuillement favorable à l’orignal. L’accroissement des populations de loups qui s’en suit affecte alors les populations du caribou forestier. Ce projet vise à évaluer si la contribution de la coupe forestière à cette compétition apparente varie selon un gradient latitudinal. Nous avons modélisé la sélection d’habitat d’orignaux, de loups et de caribous. Après la prise en compte de l’âge de la coupe, l’enfeuillement des parterres diminuait avec la latitude. La sélection des parterres de coupe par les orignaux et les loups augmentait en fonction de leur enfeuillement. Les caribous évitaient les coupes, particulièrement celles riches en feuillus. La cooccurrence de l’orignal et du loup dans les coupes augmente donc en fonction de l’enfeuillement. Ainsi, la contribution de la coupe forestière à la compétition apparente dans le système orignal-loup-caribou devrait diminuer vers le nord de la forêt boréale. / Moose benefit from deciduous vegetation that becomes increasingly available during the regeneration of logged forests. This numerical response of moose populations can lead to an increase in gray wolf abundance, which impacts forest-dwelling caribou populations. This study evaluates if the contribution of logging to such apparent competition could vary along the latitudinal axis. We modelled habitat selection behaviour of moose, wolves and caribous monitored by telemetry. After controlling for time since harvest, deciduous vegetation availability decreased with increasing latitude. Moose and wolves avoided cutovers with low deciduous vegetation availability, while they selected harvested stands with high deciduous vegetation availability. Caribou avoided cutovers, and their avoidance increased with the level of deciduous regeneration. The co-occurrence between moose and wolves in cutovers increased with deciduous vegetation availability. Therefore, the contribution of logging to the apparent competition in the moose-wolf-caribou system should be stronger in southern than in northern boreal forest.

Un déclin mondial des populations de caribou forestier est présentement observé. Il devient impératif d’envisager des stratégies d’aménagement pour atténuer l’impact négatif de l’aménagement forestier sur le caribou. L’objectif principal de ce projet est donc de déterminer l’impact de différentes approches de spatialisation de la récolte dans un contexte d’optimisation de la récolte de matière ligneuse afin de préciser la relation entre la possibilité forestière et la qualité de l’habitat du caribou forestier. Plusieurs scénarios de récolte ont été simulés et évalués sur un horizon de 150 ans en tenant compte du régime de feu, d’un indice de perturbation du territoire, d’un indice de qualité d’habitat, du niveau de coupe du territoire et de l’importance du réseau routier. Les résultats indiquent que l’augmentation de la taille des compartiments de coupe et l’ajout de certaines contraintes spatiales permet d’augmenter la probabilité d’observation du caribou forestier et de réduire l’importance du réseau routier, mais produit également une diminution de la possibilité forestière.

L'étude de la dynamique des populations animales s'attarde à prime abord aux changements de survie et de reproduction individuelles, mais nécessite aussi d'investiguer les variations, à large échelle de l'aire de répartition d'une population et, à fine échelle de l'allocation des ressources énergétiques individuelles. Chez les populations migratrices, l'utilisation d'habitats saisonniers critiques pour l'accumulation des réserves corporelles des femelles adultes et la croissance juvénile peut contribuer aux fluctuations démographiques observées. Au cours des dernières décennies, deux populations de caribous migrateurs {Rangifer tarandus) du nord du Québec et du Labrador ont présenté des dynamiques contrastées : le troupeau Rivière-George a récemment décliné à un faible effectif alors que le troupeau Rivière-aux-Feuilles est relativement abondant et stable. Le premier volet de cette thèse s'appuie sur plus de 35 ans de suivi télémétrique de femelles caribous adultes et met en évidence des changements substantiels dans l'utilisation spatiotemporelle des aires de mise bas. L'analyse des données télémétriques révèle aussi que la distance de migration et la température printanière sont les principaux facteurs expliquant les variations de la phénologie de la migration printanière et d'utilisation des aires de mise bas des femelles. Le second volet de ma thèse s'attarde aux facteurs influençant la condition physique individuelle et est basé sur l'échantillonnage exhaustif de paires de femelle-faon à la mise bas et au sevrage. Il met en évidence que l'effet du troupeau sur la masse corporelle des faons est plus important au sevrage qu'à la mise bas, suggérant un effet combiné de la taille de population et des conditions d'alimentation estivale sur la croissance des faons. Ce volet démontre aussi un effet positif de la masse de la mère sur la masse du faon tant à la mise bas qu'au sevrage et ce, pour les deux troupeaux. Enfin, l'analyse isotopique des tissus révèle que les femelles utilisent leurs réserves protéiques corporelles pour assurer un apport constant en azote durant la croissance du foetus et pour la production du lait. Cette thèse améliore notre compréhension des facteurs influençant l'utilisation d'habitats saisonniers, la condition physique individuelle et l'allocation maternelle chez des populations de grands ongulés migrateurs. En identifiant ces facteurs, mes résultats contribueront à mieux prédire les effets des changements climatiques globaux et du développement industriel sur les espèces migratrices des milieux nordiques.

Identifier les processus écologiques (a)biotiques qui sous-tendent les patrons de distribution d’espèces et de dynamique de population est fondamental pour conserver efficacement les espèces menacées d’extinction. Cette thèse poursuit un double objectif: 1) comprendre les processus écologiques qui régissent la sélection des paysages du caribou forestier (Rangifer tarandus caribou) et 2) évaluer l’efficacité des politiques actuelles d’aménagement du territoire pour cet écotype. Le premier chapitre s’inscrit directement dans le premier objectif en présentant une nouvelle méthode numérique d’inférence statistique capable de modéliser l’autocorrélation spatiale présente dans les données de distribution d’espèces. Cette méthode utilise integrated nested Laplace approximations (INLA) au lieu des simulations Markov chain Monte Carlo. Je montre, qu’en plus de produire des résultats exacts et rapides, l’utilisation d’INLA permet de modéliser l’autocorrélation spatiale résiduelle tout en estimant adéquatement l’incertitude des paramètres et des prédictions du modèle. Dans le deuxième chapitre, la methode INLA est utilisée pour tester lequel des processus, parmi le climat et la distance aux routes, explique les gradients géographiques dans la sélection des paysages par le caribou forestier. Les résultats montrent une prépondérance de l’effet des routes par rapport au climat. De plus, les parterres de coupe étaient deux fois plus évités que les brulis récents. Ces résultats appuient une gestion de l’habitat du caribou forestier qui limite l’étalement du réseau routier et qui distingue l’effet des coupes forestières de celui des feux. Le dernier chapitre explore grâce à un modèle de simulation des paysages spatialement explicite les interactions spatiales entre un réseau d’aires protégées, la récolte forestière et les feux afin de quantifier leurs effets sur la dynamique de population du caribou forestier et sur les coûts économiques liés à l’aménagement forestier. Je montre la nécessité d’inclure les contarintes liées aux feux et aux aires protégées dans le calcul des niveaux de récolte, sans quoi ces niveaux ne sont durables ni pour le caribou forestier, ni pour l’industrie forestière. Les feux augmentent l’antagonisme existant entre exploitation forestière et conservation, avec ou sans coupes de récupération après feu. Cette étude illustre donc la nécessité de mieux comprendre les interactions spatiales entre dynamique des populations, aires protégées, aménagement forestier et régime de feux pour développer des stratégies de conservation qui soient plus efficaces. / Linking spatial patterns of species distribution and population dynamics with biotic and abiotic processes is central to inform effective conservation planning for endangered species. This thesis investigated how linking spatial patterns of boreal woodland caribou (Rangifer tarandus caribou), hereafter boreal caribou, to processes can 1) improve our understanding of landscape selection of this ecotype and 2) inform the efficiency of current land use policies in practice. I first present a new powerful numerical method that allows integrating properly spatial information present in species distribution data to make accurate statistical inference. This method uses integrated nested Laplace approximations (INLA) as an alternative to Markov chain Monte Carlo simulations. I show that, in addition of being accurate and rapid, the use of INLA with Bayesian hierarchical spatial models efficiently accounted for spatial autocorrelation in the residuals and fairly evaluated uncertainty in parameter estimates and predictions. I then used INLA to test which ecological processes, among climate and the distance to roads, drove the existence of geographical patterns in boreal caribou landscape selection. Data supported road-driven selection over a climate influence. Moreover, I show that boreal caribou avoidance of logged areas was two-fold stronger than burned areas. Together these results indicated that limiting the spread of road networks and accounting for the uneven impact of logging compared to wildfire should be integral parts of any habitat management plan and conservation measures within the range of this ecotype. Finally, I use a spatially explicit landscape simulation model to explore how spatial interactions among protected area networks, industrial forestry and fire regimes impacted the population dynamics of boreal caribou and the economic costs related to forest management. I show that the current policy of conservation planning and forest management in the Côte-Nord region in Québec is unlikely to be sustainable for either boreal caribou conservation or timber supply mainly because of current overestimated planned harvest levels. Fire increased antagonisms between current practices of forest management and habitat conservation, irrespective of the presence of salvage logging. This study illustrates that efficient conservation planning requires a better understanding of spatial interactions among population dynamics, protected area networks, forest management, and fire regimes.

Le caribou montagnard des monts Torngat situé dans le nord du Québec et du Labrador connait présentement un déclin rapide. Cependant, la démographie, l’utilisation de l’espace et la sélection de l’habitat en relation avec le déclin de cette population sont méconnues. À l’aide de 35 caribous adultes munis de colliers satellites, nous avons évalué la sélection des habitats à deux échelles spatiales, la survie, et l’effet de la chasse ainsi que du chevauchement avec la population voisine de caribous migrateurs de la Rivière-George. Nous avons démontré que la sélection de l’habitat est similaire entre les deux échelles spatiales étudiées, mais variable selon les saisons. Nos résultats suggèrent que la sélection est déterminée par l’accessibilité et la disponibilité des ressources alimentaires en hiver et durant la pré mise-bas, l’évitement des insectes en été, et par la présence de plantes graminoïdes lors du rut. Bien que la prédation soit connue pour être le principal facteur limitant les populations et la sélection chez le caribou lors de la mise-bas, aucun comportement anti-prédateur n’a été détecté chez les femelles lors de cette saison. Nos résultats démontrent que le déclin est principalement attribuable à une faible survie des femelles adultes due à la chasse et à la prédation. Nous avons observé que l’utilisation de l’aire de distribution du caribou des monts Torngat par le troupeau Rivière-George a grandement diminué durant les 25 dernières années en raison de leur déclin. Ceci pourrait causer une diminution du flux génique et des possibilités d’immigration entre les deux troupeaux. Nos modèles démographiques suggèrent que le caribou des monts Torngat continuerait de décliner rapidement si aucune mesure de gestion n’était prise de façon à augmenter la survie des adultes. / The Torngat Mountains caribou herd in northeastern Québec-Labrador is rapidly declining. Few studies have examined the causes of this decline and little is known about the habitat selection, survival and space use of this herd. Using 35 caribou equipped with satellite collars between 2011 and 2015, we evaluated the Torngat Mountains caribou habitat selection at two different spatial and temporal scales, survival, and effect of harvest on future population trends. We also evaluated the Torngat Mountains caribou space use in relationship with its neighbor, the Rivière-George migratory caribou. We found little variation in habitat selection between the two spatial scales studied. However, there was variation in factors limiting habitat selection among different seasons. Habitat selection was primarily driven by resource availability and abundance during winter and pre-calving, by insect avoidance in summer and by the presence of graminoids during the rut. Although predation is known to be the main limiting factor of caribou populations and habitat selection by female caribou during calving, we found no evidence of predator avoidance behavior during this season. Moreover, we showed that the population decline was primarily attributed to low survival of adult females due to subsistence hunting and predation. We also found that the overlap between the two populations has decreased in the last 25 years due to a decline in Rivière-George herd abundance. This could result in decreased genetic exchanges and immigration between herds. Using demographic models, we showed that the Torngat Mountains caribou would rapidly decline if no management actions were taken to increase adult survival.

Cette étude a évalué l’effet de scénarios d’aménagement de l’habitat du caribou forestier (Rangifer tarandus) sur la diversité aviaire. Un indice d’occupation de 29 espèces d’oiseaux a été développé à partir d’observations de terrain, puis comparé entre sept paysages simulant différentes répartitions des coupes forestières et deux cycles de rotation de coupe. Alors que la répartition des coupes influençait peu les assemblages d’oiseaux, la diversité aviaire était maintenue davantage après une rotation de 100 ans qu’une de 60 ans. Les assemblages d’espèces attendus après ces deux cycles étaient différents de ceux d’un paysage sans coupe, indiquant qu’un temps de révolution plus court que le cycle de perturbations naturelles affecterait la diversité aviaire. Notre méthodologie permet donc d’évaluer l’impact de stratégies d’aménagement sur la biodiversité avant leur mise en œuvre. Nous avons ainsi pu démontrer que l’aménagement de l’habitat du caribou actuellement préconisé ne suffirait pas à conserver les oiseaux boréaux. / This study assessed the effect of habitat management for the recovery of boreal caribou (Rangifer tarandus) on the diversity of boreal birds. An index of occupancy was estimated for 29 bird species from surveyed data, and then compared among seven simulated landscapes contrasting in cut-block distribution and harvest rotation. Whereas cut-block distribution had little effect on bird assemblages, bird diversity was better maintained under a 100-year harvest rotation than a 60-year rotation. Bird assemblages for both harvest rotations differed significantly from assemblages expected in an uncut landscape, implying that rotations shorter than natural disturbance cycles could affect regional biodiversity. Our method thus allows the assessment of the long-term impact of various management strategies on biodiversity prior their implementation. On this basis, we showed that the current habitat management guidelines for boreal caribou recovery would not be sufficient to conserve bird diversity in the boreal forest.