Le régime forestier du Québec aspire à un aménagement forestier durable sur les terres publiques. De ce fait, une entente entre le gouvernement et l'industrie forestière pratiquant des activités d'aménagement forestier a été prise concernant le bois marchand laissé sur le parterre de coupe, s'appelant Matière Ligneuse Non Utilisée (MLNU). Cette entente vient avec l'obligation d'effectuer un inventaire terrain, considéré comme particulièrement coûteux par l'industrie forestière. En plus du coût élevé de l'inventaire, la pénurie de main-d'œuvre pour ce type d'inventaire technique ne permet pas de maintenir la fréquence requise demandée par le ministère, entraînant une diminution de la précision de la quantification de la matière ligneuse non utilisée. Considérant l'important manque de main-d'œuvre, particulièrement dans la région de la Gaspésie, et des marges de profit généralement faible des compagnies privées, l'objectif général de la recherche est d'estimer le volume de MLNU laissé à la suite des opérations de récolte mécanisée en bois tronçonnés à l'aide des données des ordinateurs de bord (ODB) des abatteuses-façonneuses à tête multifonctionnelle pour réduire le coût associé à l'inventaire conventionnel et pallier au manque de main-d'œuvre. Cinq sites ont été sélectionnés et récoltés par cinq différentes abatteuses-façonneuses munies d'une tête multifonctionnelle différente. La sélection des têtes multifonctionnelles a été faite en évaluant la proportion de chaque marque, suivant un sondage effectué chez les entrepreneurs en Gaspésie. Trois têtes Ponsse avec le système d'information OPTI4G, et deux têtes LogMax, l'une sous le système Log Mate 500 et l'autre Log Mate 510, ont été sélectionnées. Trois inventaires distincts ont été effectués : (1) inventaire avant coupe de caractérisations du peuplement forestier; (2) inventaire avant coupe des arbres études; et (3) inventaire après coupe des produits et de la matière ligneuse non utilisée des arbres études. La reconstruction de 970 arbres études (460 épinettes blanches et 510 sapins baumiers) a été effectuée pour en premier lieu développer les algorithmes de volume nécessaires pour évaluer la section au-delà des produits tronçonnés par l'abatteuse-façonneuse, soit la tête de l'arbre, jusqu'à un diamètre de 9,1 cm (diamètre minimum marchand). En combinant le modèle de Varjo et une régression linéaire, il a été possible d'estimer la longueur de la section supérieure par arbre pour l'épinette blanche et le sapin baumier. Un biais de prédiction de 0.0245 m et 0.1748 m a été évalué respectivement la section marchande de la tête pour l'épinette blanche et le sapin baumier. Un outil de spatialisation utilisant les rapports de production de StanForD (.pri) et StanForD 2010 (.hpr), les données de GPS ainsi que le contour des secteurs de coupe, a été développé pour permettre la localisation du volume de MLNU par secteur de coupe. Les fichiers de production .pri (StanForD) n'ont pas d'information d'horodatage (timestamp), contrairement aux fichiers de production .hpr. Ainsi, lorsque l'outil utilise un fichier .pri, le volume de MLNU est évalué à l'hectare pour l'ensemble d'un secteur de coupe, alors qu'avec le fichier .hpr, il est possible de localiser par tige le volume de matière ligneuse et ensuite, une sommation par hectare est effectuée, en regroupant chaque tige située à l'intérieur d'un quadrillé de 100 m x 100 m, obtenant ainsi une spatialisation plus précise de la MLNU. Finalement, une comparaison exploratoire de la méthode de l'inventaire MLNU traditionnel et de la méthode avec les données d'ODB a mis en évidence l'opportunité d'économies de coûts (environ 36,80 $/ha) liée à l'utilisation des données OBD pour estimer la MLNU, tout en permettant un temps de réponse plus rapide pour apporter des corrections en ciblant les zones problématiques. De plus, l'utilisation d'un tel outil pourrait permettre de réduire le temps de déplacement en forêt des techniciens forestiers et ainsi, prévenir des accidents de travail courants.

L'aménagement forestier écosystémique (AFE) est perçu comme une alternative plus favorable pour l'environnement que la sylviculture traditionnelle dans les forêts d'Amérique du Nord et ailleurs. Les études précédentes en forêt boréale de l'est du Canada démontrent la capacité de l'AFE à émuler les caractères structuraux des peuplements dans plusieurs stades de succession; mais l'impact de l'AFE sur la biodiversité, particulièrement sur les organismes cryptiques comme les insectes et les autres composantes sensibles de l'écosystème n'a pas bien été étudié. Les coléoptères terrestres « carabes » ont des associations fortes quant au type de couvert de la forêt, aux conditions de microhabitats et aux structures du terrain. Ils constituent donc de bons indicateurs de changements au niveau de l'écosystème et des effets de l'AFE. Dans cette étude, nous utilisons la réponse des communautés de carabes pour tester quatre traitements sylvicoles inspirés par l'AEF sur l'abondance et diversité des coléoptères en relation aux stades de succession (peupler faux-tremble, mixte, ou conifère) et feu naturel. L'étude a été réalisée sur le site SAFE (sylviculture et aménagement forestier écosystémique) dans le sud-ouest de la forêt boréale du Québec. L'expérience vise à comparer une série de méthodes sylvicoles alternatives à la sylviculture commerciale et des forêts témoins à évaluer leur capacité à maintenir la biodiversité, la structure de la forêt et les fonctions de l'écosystème. Nous avons récolté 14 153 carabes représentant 49 espèces pendant les étés 2004 à 2007. L'analyse multivariée de la composition des communautés de carabes a démontré des différences entre les stades de succession et les différents types de traitements. Nous avons trouvé des assemblages distincts de carabes associés 1) aux coupes-totales dans chaque peuplement, 2) aux brûlés prescrits, 3) au feu naturel, et 4) entre les peuplements de grande rétention et les témoins non-coupés. La distribution spatiale des coupes partielles (dispersée ou trouée) et le niveau de rétention sont les facteurs importants qui déterminent les assemblages dans les forêts mixtes et décidues. Bien que les résultats préliminaires supportent le type d'aménagement « par cohortes » utilisé par SAFE, des suivis à long terme seront nécessaires afin de déterminer les effets de l'aménagement sur les assemblages de carabes. Les différences entre les assemblages de carabes trouvés dans les coupes-totales, les brûlés prescrits et le feu naturel suggèrent qu'il est encore nécessaire d'améliorer les méthodes sylvicoles utilisées pour imiter le feu naturel, tel que prescrit par l'AEF. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Sylviculture, Perturbation naturelle, Biodiversité, Coléoptères terrestres, Débris ligneux.

Au fur et à mesure de sa décomposition, le bois mort s'intègre à la couverture morte (horizon LFH) du sol sous forme de bois enfoui et fini par s'incorporer à la fraction stable de la matière organique du sol. Nous avons émis l'hypothèse que le bois mort enfoui contribue à la rétention en eau des sols grossiers et de ce fait, participe à la productivité des peuplements de pin gris occupant ces sols. Douze peuplements naturels de pin gris (Pinus banksiana L.) issus de feu, ont été échantillonnés à travers l'Abitibi ouest. À l'intérieur de chaque peuplement, nous avons procédé à l'échantillonnage des débris ligneux grossiers (DLG), du sol ainsi que de trois arbres dominants pour estimer l'indice de qualité de la station (IQS). La quantité de bois mort enfouie dans la couverture morte variait entre 1 à 57 m3 ha -1 et pouvait représenter jusqu'à 92 % de la masse totale de bois mort (incluant les chicots et les billes). La rétention en eau disponible du bois mort est négligeable comparativement à celle du sol minéral et n'était pas un facteur déterminant dans la productivité des sites. Nous n'avons pas pu faire ressortir une relation entre la rétention en eau des bois mort enfouis et la productivité. Cependant, le bois enfoui avait un effet positif sur la capacité d'échange cationique (CEC) de la couverture morte alors que cette dernière expliquait 64 % de l'indice de qualité des stations. La conservation du bois mort sur les dépôts grossiers doit être envisagée si on veut assurer le maintien de la productivité de ces sites. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Pin gris, Succession, Bois mort, Productivité, Sols forestiers.

La biomasse forestière résiduelle correspond à la biomasse ligneuse laissée sur le parterre de la forêt après une coupe. Cette biomasse peut servir comme source d’énergie renouvelable, à un prix pouvant être, dans certaines conditions, compétitif relativement à d’autres sources d’énergie. Le succès de l’utilisation de ce type de biomasse tient en partie à une gestion efficace de son réseau d’approvisionnement. Ainsi, la gestion du risque de rupture d’approvisionnement de la biomasse forestière résiduelle est essentielle pour garantir le potentiel d’expansion d’un réseau de distribution aux clients. Le présent mémoire vise à améliorer la rentabilité d’approvisionnement de la biomasse forestière résiduelle par le biais d’une gestion efficace des sources d’erreur relatives à l’estimation de la disponibilité en biomasse. Il s’agit d’estimer la variabilité spatiale de la biomasse résiduelle avec une précision acceptable en optant pour les techniques de l’apprentissage automatique (en anglais, machine learning). L’apprentissage automatique est une tentative pour reproduire la notion d’apprentissage. Il s’agit de concevoir des algorithmes capables d’apprendre à partir des exemples ou des échantillons, afin de prédire les valeurs des cibles. Dans notre cas d’étude, la méthode KNN nous permettra d’estimer la quantité de la biomasse résiduelle des unités de surface cibles (polygones) à partir des k placettes-échantillons voisines. Pour ce faire, nous estimerons, dans un premier temps, la variabilité spatiale de la disponibilité en biomasse résiduelle en utilisant la méthode d’apprentissage automatique k-plus proches voisins (en anglais, k-nearest neighbors : KNN). Nous déterminerons ensuite l’erreur de notre estimation en utilisant la méthode bootstrap. Finalement, nous développerons une spatialisation de la quantité de biomasse forestière résiduelle en tenant compte de l’erreur d’estimation. Les résultats d’estimation obtenus, dans le cadre de cette recherche, indiquent une précision allant de 59,5 % à 71 % et centrée autour de 65,4 %. Notre méthodologie a permis ainsi d’obtenir des résultats pertinents comparativement à l’étude de Bernier et al. (2010) qui ont estimés le volume de biomasse forestière avec la méthode KNN et ont eu comme résultat une précision d’estimation égale à 19 %. L’utilisation de cette méthode pourra aussi être pertinente pour l’estimation de la biomasse forestière marchande et pour la prédiction de la biomasse forestière totale par essence d’arbres. / Residual forest biomass is the woody biomass left over on the forest floor after harvesting. This biomass can be used as a source of renewable energy, at a price that may be, under certain conditions, competitive relative to other energy sources. The success of the use of residual forest biomass depends in part on an effective management of its supply chain. Thus, the risk management of supply disruption of residual forest biomass is essential to ensure the potential for expansion of a customer’s distribution network. This project aims to improve the supply chain profitability of residual forest biomass through effective management of sources of error related to the estimation of the availability of biomass. This is the estimation of the spatial variability of residual biomass with acceptable accuracy by using machine learning techniques. Machine learning is an attempt to replicate the concept of learning. It consists to design algorithms capable to learn from examples or samples in order to predict the values of targets In our case study, the KNN method will allow us to estimate residual biomass of the target area units (polygons) from the k nearest neighbour plots. To this effect, we will estimate initially the spatial variability in the availability of residual biomass using the machine learning method KNN (k nearest neighbours). We then determine the error of our estimation using a bootstrap method. Finally, we will develop the location of the residual forest biomass quantity taking into account the estimation error. The estimation results obtained in the framework of this research indicate an accuracy of 59,5 % to 71 % centred around 65,4 % with an estimation error of 29 % to 34,5 %. Our methodology has yielded relevant results compared with the study of Bernier et al. (2010) which has had accuracy of estimation equal to 19% of forest biomass volume using the KNN method. The use of this method may also be relevant for estimating the commercial forest biomass and for the prediction of forest biomass of each tree species.

L'industrie forestière québécoise fait actuellement face à une pénurie de sa main-d'œuvre sylvicole. Il importe alors de mieux saisir la réalité opérationnelle des travaux d'aménagement sylvicole. À cet effet, le traitement de dégagement de la régénération est sous étude depuis 2000 dans le but de comprendre la dynamique de l'effort du travailleur sylvicole dans un contexte de travail à forfait. L'instauration d'un modèle de rémunération à taux variable ($/ha = hr/ha x $/hr) fut recommandée afin de stabiliser l'effort des travailleurs, éviter des excès de fatigue et diminuer les risques d'accident. Toupin (2004) propose un modèle à trois variables pour expliquer la productivité des travailleurs : Productivité (hr/ha) = PO + pi x recouvrement + P2 x densité + [33 x obstacles. La présente étude démontre une façon efficace, simple et économique d'établir une mesure de la variable obstacle de ce modèle. L'hypothèse de recherche suggère la possibilité d'identifier des classes d'obstacles nuisibles aux débroussailleurs à partir d'indices reliés au site forestier à dégager. Des facteurs tels que le procédé de récolte, le type de préparation de terrain, le type écologique et les dépôts de surface fournissent des indices rendant possible l'identification indirecte des difficultés causées par les obstacles du terrain. Une telle approche évite l'exécution d'un inventaire terrain et limite par le fait même les coûts d'application du modèle de productivité. Deux méthodes sont proposées, une méthode par échantillonnage et une méthode par zonage. Celles-ci ont comme objectif commun de permettre l'estimation indirecte de classes de difficulté aux obstacles nuisibles aux travaux de dégagement. L'approche par échantillonnage vérifie la possibilité d'établir, par analyses statistiques, des classes de difficulté en fonction des attributs écologiques et opérationnels caractérisant les sites forestiers à dégager. L'approche dite « par zonage » consiste à établir des zones de difficulté à l'aide de l'information écologique disponible pour le territoire forestier québécois. Les résultats obtenus démontrent qu'il existe une différence significative entre le type de procédé de récolte, le type de dépôt de surface et les quantités d'obstacles observées. L'utilisation de la statistique spatiale du kriegage permit d'effectuer des regroupements de zones écologiques selon différents niveaux de contrainte aux obstacles. / The motor-manual cleaning operations of the Québec forest have been under study since 2000. The results obtained show that it is important to implement a variable piece-rate for this work in order to stabilize the workload of the brushcuters, avoid excess fatigue and reduce the risk of accidents. Toupin (2004) suggests the use of a mathematical model to predict the workers productivity: Effective work time (hr/ha) = PO + pi * vegetation cover + 02 * density + (33 * obstacles The present study proposes a method to include a variable to account for obstacles into this model. The research statement stipulates that it is possible to establish a relation between the number of physical obstacles and the history of the forest site subjected to cleaning. The cutting operations and the ecological and physical characteristics of a clear cut site could therefore provide good indicators of the level of difficulty of a forest site in relation to obstacles. The objective is to assess a difficulty class for the obstacles based on the forest site ecological and operational history. This approach avoids using an intensive and expensive field inventory and, as a result, lowers the cost of applying the model. Two methods are explored in order to establish a classification system for the obstacles. The first method uses statistical analysis to establish a relationship between a numbers of obstacles and the information on the forest site sampled. The second approach uses a geostatistical method to define different zones of difficulty based on the constraints caused by the physical obstacles of a forest site. These two methods allow assigning a difficulty level for forest sites at a low transactional cost. The results show that there is a relationship between the harvesting Systems used for operations, the surface deposit and the number of obstacles. Krigging spatial analysis permits the delimitation of the ground roughness of a region in relation with obstacles.

Titre de l'écran-titre (visionné le 25 septembre 2023) / Dans les forêts mixtes tempérées, les coupes forestières du passé ont occasionné un manque en régénération d'essences compagnes souhaitées, généralement des conifères, de même que la raréfaction de certaines essences qui croissent lentement, telles que l'épinette rouge (Picea rubens Sarg.) et le thuya occidental (Thuja occidentalis L.). De précédentes études ont démontré qu'il existe un fort lien d'association entre les débris ligneux et la régénération de ces essences. De plus, la récolte communément hâtive du sapin baumier, dont les propriétés permettent de générer des débris ligneux sur une base régulière, pourrait diminuer le potentiel de substrats d'établissement adéquats pour certaines essences. De ce fait, si le rôle du sapin s'avère si important, une réduction de son abondance pourrait entraîner des impacts négatifs sur les écosystèmes étudiés. Parmi les coupes partielles, le procédé de régénération de la coupe progressive irrégulière peut s'avérer un choix sylvicole judicieux pour préserver une quantité suffisante de débris ligneux. Ainsi, l'utilisation de ce type de coupe pourrait constituer une solution prometteuse permettant de favoriser la régénération des essences principales de la forêt mixte tempérée, soit le sapin baumier (Abies balsamea (L.) Mill.), l'érable rouge (Acer rubrum L.) et le bouleau jaune (Betula alleghaniensis), puis assurer la pérennité de celles en raréfaction. Le présent mémoire a pour objectif principal de déterminer si les différentes caractéristiques associées aux débris ligneux au sol, en particulier, ceux de sapin baumier, affectent l'abondance de la régénération de l'épinette rouge, du thuya occidental, du sapin baumier, de l'érable rouge et du bouleau jaune en forêt mixte tempérée. Plus spécifiquement, l'effet du substrat d'établissement, du stade de décomposition et de l'essence des débris ligneux sur leur régénération a été évalué en absence de coupe et en conditions traitées par coupe progressive irrégulière. Cela a permis de documenter l'influence de la coupe partielle sur le processus de régénération de ces essences et la dynamique du bois mort. Les résultats en absence de coupe suggèrent que les débris ligneux de bouleau possédant un stade de décomposition avancé constituent, comparativement à ceux de sapin baumier, un substrat plus favorable pour les semis d'épinette rouge et de sapin baumier de la forêt mixte tempérée. Les propriétés physiques et chimiques qu'ils possèdent pourraient potentiellement expliquer ces résultats. De plus, sous les conditions créées par une coupe progressive irrégulière avec un niveau de prélèvement modéré de 40 %, nous avons observé des tendances similaires pour les semis d'érable rouge et de bouleau jaune. Nos résultats mettent en lumière l'importance d'assurer un apport constant en débris ligneux, tout en portant une attention particulière à ceux de bouleaux, dans l'optique d'un aménagement forestier durable. Les résultats de cette étude permettront d'améliorer les pratiques forestières en proposant des stratégies sylvicoles adaptées aux essences de la forêt mixte. / In temperate mixedwood forests, past forest harvesting has caused a lack of regeneration of desired companion species, generally conifers, as well as the decline of certain slow-growing species, such as red spruce (Picea rubens Sarg.) and northern white cedar (Thuja occidentalis L.). Previous studies have shown the strong association between coarse woody debris and the regeneration of several species. In addition, early harvesting of balsam fir, whose properties allow to produce coarse woody debris on a regular basis, could reduce the potential for suitable establishment substrates for certain species. Therefore, if the role of balsam fir the coarse woody debris tends to be important in the regeneration process of these species, a reduction of its abundance could lead to a negative impact on the ecosystems. Partial cuts such as irregular shelterwood can prove to be a wise silvicultural choice to preserve a sufficient amount of coarse woody debris. Thus, the use of this regeneration method could constitute a promising solution for promoting the regeneration of the main species such as balsam fir (Abies balsamea (L.) Mill.), red maple (Acer rubrum L.) and yellow birch (Betula alleghaniensis), and ensure the sustainability of declining species. The main objective of this study was to determine whether the various characteristics associated to the coarse woody debris, in particular those of balsam fir, affect the abundance of the regeneration of red spruce, northern white cedar, balsam fir, red maple and yellow birch of the temperate mixedwood forest. More specifically, the effect on their regeneration of the establishment substrate, the decay stage and the species of coarse woody debris was evaluated in absence of cutting and under irregular shelterwood conditions. This made it possible to document the influence of partial cutting on the regeneration process of these species and on the deadwood dynamics. Results in uncut stands show that birch woody debris with advanced decay is a more favorable substrate for red spruce and balsam fir seedling germination of the temperate mixed forest compared to those of balsam fir woody debris. Their physical and chemical properties could potentially explain these results. Moreover, following irregular shelterwood cutting with a moderate level of 40% removal, the same patterns were observed for red maple and yellow birch seedlings. Our results highlight the importance of ensuring a constant supply of coarse woody debris, while paying a particular attention to those of birches, from the perspective of sustainable management. The results of this study will help to improve forestry practices by proposing silvicultural strategies adapted to the mixedwood forest species.