Selon les modèles de climat mondial présentés par le Groupe d'experts intergouvernementaux sur l'évolution du climat (GIEC), il faut s'attendre à des changements marqués du climat sous de hautes latitudes. Les impacts d'un réchauffement climatique d'importance sur les populations inuites du Nunavik et leur environnement sont nombreux. Les infrastructures du nord sont également affectées par le réchauffement climatique. Des signes de dégradations pouvant devenir critiques ont été observés sur certaines infrastructures du Nunavik. Il s'avère donc nécessaire et primordial de mettre en place et de développer des techniques pour prévenir et contrôler la dégradation des infrastructures nécessaires aux peuples inuits, afin d'assurer la qualité de vie et la sécurité de ces derniers. Ce projet vise donc principalement à tester, en laboratoire et sur le terrain, des méthodes de stabilisation thermique du pergélisol sous les remblais routiers. L'efficacité et la faisabilité des méthodes expérimentées sont analysées selon les caractéristiques de l'environnement du Nunavik, par l'analyse de données thermiques et également par des observations faites sur le terrain et en laboratoire. Un site expérimental sur le chemin d'accès de l'aéroport de Salluit a permis la mise en place sur le terrain de trois différentes méthodes de mitigation, soit le remblai à convection, le drain thermique et la surface réfléchissante. À ce stade de l'expérimentation, il est difficile de tirer de véritables conclusions sur l'efficacité réelle des méthodes implantées, mais il est possible d'émettre des recommandations concernant la mise en place de méthodes de protection. Les travaux de laboratoire ont porté sur l'expérimentation d'un modèle réduit de remblai routier. Ils ont permis de démontrer que la mise en place d'un remblai à convection et d'un drain thermique dans l'épaulement du remblai tend à diminuer les températures, donc probablement la dégradation du pergélisol et les risques de tassements. Ultimement, le projet vise à développer une stratégie réaliste d'adaptation des infrastructures de transport du Nunavik affectées par le réchauffement climatique.

Le puceron des pousses du sapin Mindarus abietinus et le tétranyque de l’épinette Oligonychus ununguis sont deux ravageurs d’importance économique pour l’industrie des arbres de Noël au Québec. Les changements climatiques en cours pourraient affecter leur biologie et physiologie de telle sorte que leurs dommages sur les sapins cultivés augmenteront dans les prochaines décennies. Afin d’étudier les interactions entre M. abietinus, son arbre-hôte et la température ambiante, j’ai suivi des populations du puceron pendant trois étés dans des sapinières commerciales du sud du Québec. Entre autres, j’ai montré qu’il est possible de séparer correctement les générations chevauchantes de filles ailées et aptères du cycle vital complexe de M. abietinus, ce qui m’a permis d’observer une proportion de filles aptères plusieurs fois supérieure à ce qui était connu auparavant. Dans une expérience en plantation de sapin baumier, j’ai montré qu’un milieu réchauffé causerait une augmentation significative du taux de croissance des colonies de M. abietinus sur les pousses, en comparaison avec les colonies sous conditions naturelles actuelles. Ces résultats supportent l’hypothèse qu’un climat plus chaud, causé par les changements anthropogéniques, pourrait favoriser des densités plus élevées de M. abietinus, ce qui pourrait augmenter ses dommages esthétiques sur le sapin. Dans une expérience de laboratoire, la durée du développement en fonction de la température des œufs de ces deux ravageurs et de ceux d’une autre espèce, la cochenille des aiguilles du pin Chionaspis pinifoliae, a été mesurée en milieu contrôlé, ce qui m’a permis d’élaborer des modèles prévisionnels linéaires et non linéaires du taux de développement des œufs hivernés postdiapausants nouveaux pour le Québec. Finalement, en suivant la masse fraîche d’œufs hivernants de M. abietinus tout au long de leur diapause de plusieurs mois, j’ai observé un accroissement de la masse au printemps, impliquant l’eau comme possible facteur de déclenchement de l’embryogenèse. / The balsam twig aphid Mindarus abietinus and the spruce spider mite Oligonychus ununguis are two pests of economic importance for the Christmas tree industry in Québec. Current climate change could affect their biology and physiology in such a way that, if their local densities in commercial fir plantations grow in the future, potential damage to cultivated firs could increase substantially. In order to study the interactions between M. abietinus, its host tree, and ambient temperature, I followed populations of the aphid during three consecutive summers in commercial fir plantations of southern Québec. I found it possible to separate overlapping generations of different morphs of this aphid in growing colonies on fir shoots, which allowed to record a proportion of wingless daughters several times larger than previously known for this aphid in its complex life cycle. Based on a field experiment, a warmer environment surrounding the aphids on balsam fir shoots increased spring colony growth rates significantly, when compared to unaltered colonies on neighbouring trees. These results support the hypothesis that a warmer climate, caused by anthropogenic change, would promote higher densities of M. abietinus on fir shoots, which could increase esthetic damage to Christmas trees. In a laboratory experiment, I studied the effect of ambient temperature on postdiapause development of the overwintering eggs of both aphid and mite species, along with that of another conifer-feeding pest, the pine needle scale Chionaspis pinifoliae, which led to parametrise new linear and nonlinear development rate models for postdiapause egg development of all three species. Finally, by following fresh mass of M. abietinus overwintering eggs throughout their diapause of several months, it was possible to observe a substantial increase in size and mass of these eggs in early spring, suggesting that water could trigger diapause termination and/or initiate embryogenesis of the first active stage.

Ce travail a porté sur l’étude de l’évolution des communautés zooplanctoniques à partir de séries temporelles de relevés effectués de 1995 à 2010 dans deux écosystèmes côtiers couplés, la Petite Rade de Toulon (PR) et Grande Rade de Toulon (GR) (Méditerranée Nord Occidentale, France) en relation avec les facteurs climatiques, les paramètres physiques et chimiques de l'eau et avec le phytoplancton. Le pas d’échantillonnage des relevés de zooplancton et du phytoplancton était d’un mois en moyenne. La maille du filet utilisé était de 90 µm, afin de cibler le mésozooplancton. La PR a différé de la GR dans son fonctionnement écologique, car elle est semi-fermée, mais aussi parce que l'activité anthropique y était beaucoup plus importante. Nos résultats ont montré que, de 1995 à 2010 dans les deux baies, l'abondance du zooplancton a sensiblement augmenté, surtout dans la PR. Il a été également établi, en utilisant différents outils statistiques, que la plus grande partie des espèces de zooplancton évolue de manière coordonnée chaque année, mais d’une manière différente d’une année à l’autre. C’est ce que nous avons appelé la signature annuelle, qui était très marquée dans la PR. Plusieurs paramètres environnementaux comme la température, l’oxygène, la salinité et l’ensoleillement, qui ont été simultanément enregistrés, expliquent cette signature annuelle. Il a été montré en effet qu’ils influencent très sensiblement la population de zooplancton, de manière instantanée ou avec un effet retardé. Les interactions responsables de cette évolution sont fort complexes, mais il a été aussi établi que ces facteurs sont plus forts lorsqu’ils agissaient de manière coordonnée. La répartition du zooplancton en groupes taxonomiques a montré que la diversité a augmenté jusqu’en 2005, puis a diminué légèrement, tout en restant à des niveaux plus élevés qu’en 1995. L’étude détaillée de la diversité, avec une classification des indices eux-mêmes, a fait l’objet du dernier chapitre. Enfin, nous émettons l’hypothèse que la diminution des stocks de poissons au cours des dernières décennies dans toute la région a entraîné une diminution des taux de prédation sur les communautés zooplanctoniques, ce qui peut expliquer l’augmentation de peuplements zooplanctoniques au cours de ces dernières années. Cet accroissement de l’abondance du zooplancton a pu entraîner à son tour une diminution de la biomasse du phytoplancton. Cette diminution a été parallèlement observée par notre équipe. Ceci suggère un système de contrôle top-down du réseau trophique. / This work focused the study of the evolution of zooplankton communities from time series of surveys conducted from 1995 to 2010 in two coastal coupled ecosystems, Little Bay (PR) and Large Bay (GR) of Toulon (North Western Mediterranean Sea, France) in relation to climatic factors, physical and chemical water parameters and phytoplankton. The samplings surveys of zooplankton, and indeed also of phytoplankton, were a month, on average. The net mesh size used was 90 µm to target Mesozooplankton. The PR differed from the GR in its ecological functioning, because it is semi-closed, but also because human activity is much more important. Our results showed that, from 1995 to 2010 in both bays, zooplankton abundance increased substantially, especially in the PR. It was also established, using statistical tools, that most zooplankton species evolved coordinated each year, but in a different way from one year to another. This is what we call the annual signature, which was more pronounced in the PR. Several environmental parameters such as temperature, oxygen, salinity and sunlight, which were simultaneously recorded, explained this annual signature. It was shown that they significantly influenced the population of zooplankton, instantly or with a delayed effect. Interactions responsible for this development are complex, but it was also established that these factors were stronger when they acted in a coordinated manner. Distribution of zooplankton taxonomic groups showed diversity increases until 2005 and then decreased slightly, while remaining at levels higher than in 1995. The detailed study of diversity, with a classification of the clues themselves was the subject of the last chapter. Finally, we hypothesize that the decline of fish stocks in recent decades throughout the region, resulting in lower rate of predation on zooplankton communities, may explain the increase of zooplankton communities in recent years. This increase in zooplankton abundance could in turn lead to a decrease in phytoplankton biomass. The decrease of phytoplankton was at the same time observed by our team. The latter hypothesis suggests a top-down control of the the food web

L’étude de la plasticité comportementale s’attarde aux réponses physiologiques et comportementales des individus face aux contraintes de leur environnement. Les changements climatiques modifient les conditions du milieu et ont le potentiel d’influencer les composantes biodémographiques des individus. L’étude des liens mécanistiques entre le comportement animal et les conditions du milieu est donc utile à la compréhension des impacts potentiels des changements climatiques sur les individus. Le premier volet de ma thèse s’attarde aux liens entre les conditions du milieu, le comportement d’hibernation et la sélection de tanière de l’ours grizzli, une espèce menacée en Alberta. Ce volet révèle que l’abondance de nourriture à l’automne ainsi que le statut reproducteur des individus sont liés aux variations observées dans les dates d’entrée en tanière tandis que les conditions météorologiques à large échelle et le statut reproducteur des individus expliquent bien les dates de sorties de tanières. Ce volet démontre aussi que les caractéristiques physiques des tanières ne diffèrent pas entre les sexes et que pour creuser leurs tanières, les mâles et les femelles sélectionnent des attributs du paysage similaire. À large échelle, l’ours grizzli évite les zones humides et choisi des peuplements de conifères en haute altitude associés à une grande disponibilité de nourriture de haute qualité au printemps. À l’échelle du domaine vital et à l’échelle locale, l’ours grizzli choisi des peuplements de conifères associés à un fort couvert latéral et vertical, à une faible disponibilité de nourriture de haute qualité à l’automne, à une forte abondance d’Hedysarum spp. ainsi qu’à une faible densité de routes. Le second volet s’attarde à la sélection de l’habitat et à la thermorégulation durant la période active et mets en évidence les contraintes thermiques associées à une augmentation de la température ambiante sur les patrons de sélection de l’habitat. La sélection de l’habitat de l’ours grizzli selon les saisons et durant la journée dépendait de la température ambiante et ce, davantage pour les mâles que pour les femelles. Plus la température ambiante était élevée, plus la sélection de peuplements ouverts qui abondent en nourriture de haute qualité augmentait durant les périodes les plus fraîches de la journée et plus la sélection de ces mêmes peuplements diminuait durant les périodes les plus chaudes de la journée. Ma thèse approfondie les connaissances concernant les facteurs intrinsèques et extrinsèques influençant le comportement d’hibernation et met en évidence l’influence de la thermorégulation sur la sélection de l’habitat chez l’ours. Mes résultats contribuent à une meilleure compréhension des facteurs déterminant la distribution des individus et améliore notre capacité à prédire l’effet des changements climatiques globaux sur les grands mammifères. / The study of behavioural plasticity aims at understanding the physiological and behavioural responses of individuals to limiting factors. Climate change has the potential to influence the life history of individuals by altering environmental conditions. Thus, studying the mechanistic links between animal behaviour and environmental conditions is necessary to understand the potential impacts of climate change on individuals. The first part of my thesis focuses on the links between environmental conditions, hibernation behaviour, and habitat selection of grizzly bears, a threatened species in Alberta, Canada. The phenology of den entry and exit was driven by sex and reproductive status, food availability in autumn, winter precipitation, and spring temperature. There was no difference in the dimensions and characteristics of dens excavated by male and female grizzly bears, and males and females selected similar landscape attributes to dig their dens. At the broadest scale investigated, grizzly bears avoided wetlands and selected high-elevation dry conifer stands with abundant high-quality spring foods. At the home-range scale and within the den vicinity, grizzly bears selected dense conifer stands associated with little high-quality autumn food and abundant Hedysarum spp. in areas with low road densities. The second part of my thesis focuses on the links between habitat selection and thermoregulation during the active season, and highlights the thermal constraints associated with increasing ambient temperatures on habitat selection patterns. Grizzly bear habitat selection followed a daily and seasonal pattern that was influenced by ambient temperature, with adult males showing a stronger response than females to warm temperatures. With increasing ambient temperatures, male and female grizzly bears increased their selection for open stands with abundant food resources during the coolest periods of the day, and concurrently decreased their selection for these open stands during the warmest periods of the day. My thesis increases our understanding of the role of intrinsic and extrinsic factors on hibernation behaviour, habitat selection, and thermoregulation constraints of grizzly bears. Ultimately, my results enhance our understanding of the factors regulating the distribution of individuals in time and space; improving our ability to predict the potential impacts of climate change on large mammals.

Les changements climatiques attendus pour les prochaines décennies auront des impacts non négligeables sur la performance à long terme des réseaux routiers québécois, notamment durant la période hivernale. Cette étude a pour objectif de quantifier l’effet des changements climatiques attendus en hiver, c’est-à-dire les effets d’une diminution de l’indice de gel et d’une hausse du nombre d’épisodes de redoux hivernaux. Tout d’abord, un adoucissement des températures hivernales aura un impact positif en réduisant l’endommagement des chaussées causé par les phénomènes de soulèvement au gel. Une augmentation de durée de vie relative de 6 à 17 % est attendue pour l’horizon climatique [2011-2040]. De plus, une méthode d’ajustement de l’indice de gel utilisé en conception a également été établie pour adapter les futures chaussées à des hivers moins rigoureux. Par la suite, l’effet d’une augmentation du nombre de redoux hivernaux aura des effets négatifs sur les chaussées en occasionnant une augmentation de l’endommagement par déformation permanente dans la couche de fondation granulaire et par fatigue dans la couche de béton bitumineux. Des essais triaxiaux ont été réalisés pour évaluer la performance en déformation permanente de différents types de MG-20 soumis à une répétition de redoux hivernaux. Ces essais ont ensuite été validés par des essais effectués à l’aide d’un simulateur de charge roulante. Il a été possible de conclure que, pour l’horizon climatique [2011-2040], les chaussées flexibles au Québec subiront une perte de durée de vie relative variant de 7 à 13 % en déformations permanentes. Concernant l’endommagement par fatigue, la perte de durée de vie relative attendue varie de 5 à 8 %. Finalement, certaines méthodes de mitigation sont proposées afin d’adapter les réseaux routiers aux changements climatiques. / In the coming decades climate change will have significant impacts on the long-term performance of the road network of Quebec, particularly during winter period. This study quantifies the effect of climate change expected in winter, precisely the effect of a decrease in the freezing index and an increase in the number of episodes of winter thaws. Firstly milder winter temperatures will have a positive impact by reducing pavement damage caused by frost heaves. Increased duration of life of about 6-17% is expected for climate horizon [2011-2040]. In addition, an adjustment of the freezing index has also been established to adapt construction of future pavement structure to less severe winters. Thereafter, the effect of an increase in the number of winter thaws events will have a negative impact on pavements increasing damages by permanent deformation in the granular base and by fatigue in the asphalt concrete layer. Triaxial tests were conducted to evaluate the performance on permanent deformation of different types of MG-20 subjected to repeated winter thaws. These tests were then validated using a small-scale heavy vehicle simulator. It was possible to conclude that, for the climate horizon [2011-2040], flexible pavements in Quebec will suffer a loss of lifetime ranging from 7 to 13% in permanent deformation. Regarding the fatigue damage, we expect a reduction of lifetime from 5 to 8%. Finally, some mitigation methods are proposed to adapt road networks to climate change.

La productivité est influencée par des facteurs climatiques et non-climatiques temporaires ou permanents. Leurs effets varient dans le temps et dans l’espace et le fait d’assumer une sensibilité homogène de la productivité alors qu’elle est en fait hétérogène a des conséquences sur la capacité de prévision de la productivité forestière. Il existe des preuves des changements globaux, régionaux et locaux et la réponse en terme de croissance à ces variations dans la forêt boréale est diversifiée et dans certains cas contrastées. Il est donc nécessaire de surveiller constamment la croissance et la productivité et des études régionales sont donc nécessaires pour étudier les alternatives des procédures d'estimation de la productivité. Cette thèse a donc pour but de déterminer dans quelle mesure les changements dans le climat et les régimes de perturbations affecter la productivité du site dans les forêts boréales et tempérées septentrionales situées dans la province de Québec. Des données d’analyse de tiges ont été obtenues pour 32 peuplements dominés par le tremble dans un transect nord-sud couvrant 5 degrés de latitude, représentant un large gradient climatique avec différent dépôts du surface. La croissance en hauteur en temps réel y a été étudiée à l’aide du modèle de productivité de Plonski. Plus de 4000 placettes échantillons temporaires ont été obtenues dans des peuplements d'âges, de structures et de compositions différentes pour mesurer les effets rétroactifs de la végétation sur la productivité, qui résultent indirectement du climat et du sol. Le modèle de Pothier et Savard a ensuite été utilisé pour estimer l'indice de qualité de station du tremble dans des peuplements mélangés. Enfin, le dernier chapitre a utilisé le modèle aspécifique hauteur dominante-âge de Pothier et Auger. Les résultats du premier chapitre montrent que, dans les peuplements dominés par le tremble, la croissance en hauteur est surtout influencée par la somme annuelle des degrés-jours, avec un pouvoir prévisionnel aussi bon que celui obtenu avec des variables basées sur les processus. Un modèle qui suppose que certaines populations ont des réponses différentes au climat est meilleur, ce qui démontre que la sensibilité du tremble au climat n'est pas identique sur toute son aire de dispersion. Dans les peuplements mélangés, la structure du peuplement et la composition en espèces sont les principaux facteurs expliquant la productivité du tremble. Une interaction entre les facteurs du paysage et de la placette influence la productivité à l’échelle des placettes, suggérant qu'une approche de modélisation hiérarchique est plus appropriée. Enfin, puisque les changements de structure et de composition reflètent la dynamique de succession, il est déduit que les changements successionnels dominent la variabilité de la productivité dans les peuplements mélangés. Nos résultats semblent concorder avec l’idée fondamentale de l’existence d’une hétérogénéité (dans la productivité forestière) due aux interactions intra- et inter-specifiques qui produisent des structures capables de s’adapter dans le temps, comme le suggère le concept des systèmes adaptatifs complexes. / Forest productivity is driven by direct climatic and non-climatic factors which are transient or permanent in nature. Their effects vary through time and along spatial scales, thus assuming equal sensitivities across time and space where heterogeneous growth responses exist has consequences for the prediction of forest productivity. There is growing evidence of global changes, associated by rather diverse and in some cases contrasting changes in growth. It is necessary to constantly monitor growth and productivity and regional studies are therefore necessary to consider alternative productivity estimation procedures. This thesis was therefore aimed at determining to what extent global, regional and local changes in climate and disturbance regimes affect forest site productivity within eastern Canadian boreal and northern temperate forests located within the province of Québec. Stem analysis data was first obtained from 32 aspen dominated stands that spanned a 5-degree of latitude-wide transect representing a large climate gradient with different surficial deposit types in order to study real-time height growth. Plonki’s site index model calibrated from stem analysis data was used in estimating a height growth index for these 32 stands. Over 4000 temporary sample plots were also obtained from stands of varying age, structure and species compositional gradients in order to determine feedback effects of vegetation on productivity, which are indirect effects of climate and soil. A site index model calibrated from temporary sample plots (and currently used in Québec for growth and yield estimation) was used in estimating site index for mixed aspen stands. Finally, the last chapter of this thesis used an aspecific height-age relationship. Results of the first chapter show that within aspen dominated stands, height growth is mainly driven by the annual cumulative sum of growing degree days with an explanatory capacity as good as that of more complex processed-based variables. Also, aspen productivity in pure stands is better explained with a model that assumes that specific populations have different response functions to climate, demonstrating that climate sensitivity is not stable across a species’ geographic range. Within mixed species stands, stand structure and species composition are the major drivers of aspen productivity. Variability in productivity is better explained at the level of landscapes than stand-level. An interaction between landscape- and stand-level drivers influence stand-level productivity, suggesting that a hierarchical modelling approach is more appropriate than a single-level model. Since stand structural and compositional changes are dynamics that characterize stand succession, it is inferred that successional changes and not climate drive productivity in mixed stands, when measured with site index. Our results seem to concur with the fundamental idea of the existence of heterogeneity (in forest productivity) due to intra- and inter-specific interactions in a way that produces structures capable of adapting through time, as suggested by the concept of complex adaptive systems.

Les changements climatiques récents ont mené à l’expansion de la répartition de plusieurs espèces méridionales, mais ont aussi causé l’extinction locale d’espèces se retrouvant à la limite de leur tolérance environnementale. Ces populations en expansion peuvent favoriser différentes stratégies d’histoire de vie en répondant à différents facteurs limitants. Dans cette thèse, je vise à déterminer et quantifier l’effet du climat et des évènements extrêmes sur le cycle de vie complet d’une espèce en expansion (le dindon sauvage) pour comprendre les changements au niveau populationnel ainsi que les mécanismes impliqués dans l’expansion de la distribution d’une espèce. J’ai défini les évènements extrêmes de pluie, d’épaisseur de neige au sol et de température, comme un évènement dont la fréquence est plus rare que le 10e et 90e percentile. En utilisant l’approche « Measure-Understand-Predict » (MUP), j’ai tout d’abord suivi trois populations le long d’un gradient latitudinal de sévérité hivernale pour mesurer l’effet de variables météorologiques sur la dynamique des populations. La survie des dindons sauvages diminuait drastiquement lorsque l’accumulation de neige au sol dépassait 30 cm pour une période de 10 jours et diminuait également avec la température. Au printemps, la persistance de la neige affectait négativement le taux d’initiation de la nidification et l’augmentation de la pluie diminuait la survie des nids. Dans une deuxième étape, j’ai examiné l’impact des évènements climatiques extrêmes et des processus démographiques impliqués dans l’expansion du dindon, liés à la théorie des histoires de vie pour comprendre la relation entre la dynamique de ces populations en expansions avec le climat. J’ai démontré que la fréquence des évènements extrêmes hivernaux et, d’une façon moins importante, les évènements extrêmes estivaux limitaient l’expansion nordique des dindons sauvages. J’ai appuyé, à l’aide de données empiriques et de modélisation, les hypothèses de la théorie classique des invasions biologiques en montrant que les populations en établissement priorisaient les paramètres reproducteurs tandis que la survie adulte était le paramètre démographique affectant le plus la dynamique des populations bien établies. De plus, les populations les plus au nord étaient composées d’individus plus jeunes ayant une espérance de vie plus faible, mais avaient un potentiel d’accroissement plus élevé que les populations établies, comme le suggère cette théorie. Finalement, j’ai projeté l’impact de la récolte sur la dynamique des populations de même que le taux de croissance de cette espèce en utilisant les conditions climatiques futures projetées par les modèles de l’IPCC. Les populations en établissement avaient un taux de récolte potentiel plus élevé, mais la proportion de mâles adultes, possédant des caractéristiques recherchées par les chasseurs, diminuait plus rapidement que dans les populations établies. Dans le futur, la fréquence des évènements extrêmes de pluie devrait augmenter tandis que la fréquence des évènements extrêmes de température hivernale et d’accumulation de neige au sol devraient diminuer après 2060, limitant probablement l’expansion nordique du dindon sauvage jusqu’en 2100. Cette thèse améliore notre compréhension des effets météorologiques et du climat sur l’expansion de la répartition des espèces ainsi que les mécanismes démographiques impliqués, et nous a permis de prédire la probabilité de l’expansion nordique de la répartition du dindon sauvage en réponse aux changements climatiques. / Recent global climate changes have resulted in range expansion for many temperate species but have also led to local extinctions for species living at the fringe of their environmental tolerance. These expanding populations may prioritize different life history strategies by responding differently to limiting factors. In this thesis, we aim to assess and quantify the effect of climate and extreme events on the whole life cycle of an expanding wildlife species (wild turkey) to understand population change and range expansion. I defined an extreme climate event for rain, snow depth and temperature, as events rarer than the 10th and 90th percentile. Using a Measure-Understand-Predict (MUP) approach, I first followed three populations along a latitudinal gradient in winter harshness to measure the effect of weather variables on population dynamics. Winter survival of wild turkeys decreased dramatically when snow depth was over a 30 cm threshold and also decreased with temperature. Snow persistence and precipitation in spring negatively impacted initiation nesting rate and nest survival, respectively. In a second step, I examined the impact of extreme climate events and the demographic mechanisms driving their expansion in the context of life history theory to understand the relationship with climate. I showed that the frequency of extreme winter events and to a lesser extent extreme summer events limited the northern expansion of wild turkeys. I supported the hypotheses of the classical biological invasion theory, with empirical data and modelling, as establishing populations prioritized reproductive parameters while adult survival was the key demographic parameter driving the dynamics of well established populations. Furthermore, more northern populations were composed of younger individuals with a lower life expectancy but had a higher potential growth rate than populations located more southerly as predicted by this theory. Finally, I predicted the impact of the harvest on population dynamics as well as the population growth rate of this species using future climate conditions projected by IPCC-class models. Establishing populations had a higher harvest rate potential but the proportion of adult males, possessing enhanced characteristics sought by hunter, decreased faster than in established populations. In the future, frequency of rain extreme events is predicted to increase while frequency of winter temperature and snow cover extreme events should decrease after 2060, potentially restraining wild turkey northern expansion until at least 2100. This thesis increases our understanding of the effect of weather and climate on range expansion and their underlying demographic mechanisms, and allows us to predict the likelihood of the northern expansion range of wild turkey in response to climate changes.

L’augmentation de la fréquence et de l’intensité d’événements climatiques extrêmes tel que des vagues de chaleur automnales, résultant du réchauffement climatique, est susceptible d’entraîner des modifications de plusieurs facettes de l’écologie de l’arpenteuse de la pruche (Lambdina fiscellaria Guen.), un important insecte défoliateur. Cette étude vise à déterminer l’influence de la plante hôte, de la provenance géographique des populations et des vagues de chaleur au cours de la phase d'acclimatation au froid sur la biologie hivernale de l’arpenteuse de la pruche. Nos résultats démontrent que les contenus des œufs en tréhalose, glucose et mannitol sont significativement influencés par les vagues de chaleur et par l’origine de la population. De plus, la survie hivernale des œufs de l’arpenteuse de la pruche de la population originaire du sud a été négativement affectée par les vagues de chaleur plus intenses alors que celle provenant d’un environnement plus nordique n’a pas été affectée. Cette étude suggère que le métabolisme hivernal des populations établies au sud du territoire québécois sera plus affecté par les vagues de chaleur automnales que celui des populations plus nordiques et pourrait avoir un impact important sur la dynamique des populations de cet important ravageur forestier. / The increase in frequency and intensity of extreme climatic events such as fall heat waves, resulting from the ongoing climate warning could interfere with the winter metabolism of the hemlock looper (Lambdina fiscellaria Guen), an important forest pest in eastern Canada. The main objective of this study is to determine the impact of the host plant quality, the geographic origin of populations and the conditions prevailing during the cold acclimation period on hemlock looper winter biology. Our results show that eggs contents in trehalose, glucose and mannitol were significantly influenced by fall heat waves and by the origin of the population. Egg winter survival of the southern population was negatively affected by strongest heat waves while the northern population was not affected. This study suggests that the metabolism and winter survival of southern hemlock looper populations in Québec will be more affected by fall heat waves than northern populations.

Le réchauffement climatique actuel entraine la fonte du pergélisol dans les zones septentrionales et la dégradation des infrastructures qui ont été construites dessus. Le présent mémoire porte sur l'étude de la dégradation des routes concernées par cette fonte. L'objectif est de réaliser un modèle numérique permettant de simuler et ainsi de prévoir l'évolution thermique d'un remblai situé sur du pergélisol, afin de pouvoir tester des solutions technologiques qui ont pour but de limiter le dégel de ce sol. Le modèle numérique est validé à partir de relevés de température effectuée sur un site expérimental situé à Beaver Creek, à la frontière du Yukon et de l'Alaska, qui subit directement l'effet de la fonte du pergélisol. Une fois le modèle numérique validé, trois solutions technologiques sont testées puis optimisées. La première solution est un remblai dit convectif, où l'on remplace le gravier situé sous ou en accotement de la route, par des pierres de grosses tailles, favorisant ainsi les phénomènes de transfert de chaleur par convection naturelle. Les résultats ont montré que le remblai convectif était la solution la plus performante pour créer une zone gelée de grande taille présente toute l'année sous la route. La deuxième solution est l'utilisation d'un drain thermique. Une conduite d'air est installée dans l'accotement du remblai, laissant circuler l'air par convection naturelle, en favorisant l'effet cheminée. Les résultats ont montré que le drain thermique était la solution la plus efficace pour limiter le dégel du remblai en été. Enfin, la troisième et dernière solution est l'utilisation d'une surface réfléchissante sur la route, ayant pour but de diminuer l'absorbtivité de la route, et ainsi de limiter le dégel du remblai. Les résultats ont montré que l'effet de cette surface réfléchissante était réel mais très localisé. Cependant, cette dernière solution reste la plus simple à mettre en place, car elle ne nécessite pas de travaux de grande envergure. Chacune de ces trois solutions a été optimisée. Les résultats finaux ont montré que la solution optimale, constituée d'un remblai à convection et d'une surface réfléchissante permettait d'éviter durant toute l'année que le pergélisol situé sous la route à Beaver Creek ne dégèle. Cela correspond donc à l'objectif fixé au départ pour le site expérimental étudié, et peut être développé pour d'autres situations de dégradation de routes dues à la fonte du pergélisol. / The current global warming triggers permafrost thawing, which jeopardizes the infrastructures that have been built on it. The present document presents a study of the thermal damage that roads experience because of this thawing. The objective is to build a numerical model to simulate and predict the thermal evolution of an embankment located on permafrost, in order to test technological solutions considered to limit the soil thawing. The numerical model is validated based on in situ temperature measurements collected in Beaver Creek, at the Yukon-Alaska border, that experiences the effects of permafrost thawing. Once the model is validated, three technological solutions are tested and optimized. The first solution is a convective embankment in which the gravel located under the road or on its shoulder is replaced by a layer of large rocks in order to enhance heat transfer by the air self-driven flow in this layer. Results have shown that the convective embankment was the most efficient solution for creating a large frozen region under the road ail over the year. The second solution is the thermal drain. An air duct in which air flow is triggered by natural convection is installed in the shoulder. The results revealed that the thermal drain was the best solution for preventing the thawing of the embankment in the summer. Finally, a third solution considered was to cover the surface of the road with a reflective painting in order to diminish the amount of solar radiation absorbed. The effect of the painting was very much localized. However, this last solution is the simplest to implement, because it does not require large roadwork. Each of these three solutions has been optimized. The optimal solution consisted of a convective embankment combined with a reflective surface in order to avoid the thawing of the road considered in this study. This corresponds meets the initial objective for the Beaver Creek road, and could be extended to other infrastructures on permafrost.

Les changements attendus dans le climat, dont l'augmentation de l'intensité des événements extrêmes, risquent d'entraîner une diminution du niveau de service des réseaux de drainage. Dès lors, des mesures d'adaptation doivent être mises en place afin de maintenir un niveau de service acceptable en climat futur dans un contexte de changements climatiques. Dans cette étude, le climat futur a été modélisé en considérant une augmentation de 15% de l'intensité des pluies de conception de type SEA et triangulaire pour les périodes de retour 2, 5, 10 et 20 ans à l'horizon 2040 - 2070. Le présent mémoire rend compte des résultats de simulation, à l'aide du logiciel SWMM 5.0, concernant l'évolution des performances en climat futur de deux secteurs urbains (un réseau unitaire et un réseau pluvial) par différents indices soit les indices inondation, infiltration, volume de surverse et volume à l'usine pour le réseau unitaire et les indices inondation, infiltration, ruissellement et débit de pointe à l'exutoire pour le réseau pluvial. Les résultats ont montré, pour le réseau unitaire, une augmentation des volumes de surverse pour toutes les périodes de retour en climat futur (par exemple, une augmentation de 19% a été notée pour une pluie de récurrence 10 ans). La mise en place de mesures d'adaptation sur ce réseau, telles le contrôle à la source et la rétention, a ensuite été analysée et a montré son efficacité dans l'amélioration des performances. Ainsi, les mesures de contrôle à la source se sont révélées efficaces pour des périodes de retour 2 ans et complémentaires au bassin de rétention en permettant une réduction de 7% de son volume de conception. Par ailleurs, il a été démontré qu'une faible capacité de traitement de l'usine ne permettait pas aux mesures de rétention de montrer leur plein potentiel. Pour le réseau pluvial, les changements climatiques se sont avérés avoir un impact plus important sur le débit de pointe que les conditions antérieures d'humidité.