Il existe une préoccupation environnementale croissante au sein de la société concernant le maintien de la biodiversité dans les forêts, qui se traduit par de nouvelles techniques de gestion forestière qui imitent les perturbations naturelles, spécialement le feu. Dans la plupart des provinces canadiennes, l'approche préconisée est la rétention d'arbres vivants dans les parterres de coupe. Au Québec, même si la législation forestière prévoit dans certains cas la rétention d'arbres vivants, ceci n'est pas intégré à des techniques sylvicoles spécifiques. Notre but a été d'étudier, les groupes d'arbres résiduels après feux et la rétention dans les coupes totales dans la forêt boréale mixte de deux régions: la Mauricie et l'Abitibi-Témisçamingue. L'étude a compris une analyse stéréoscopique de photographies aériennes, et une analyse informatisée utilisant le logiciel ArcView GIS 9.1. Les résultats montrent que la quantité totale de groupes résiduels et la quantité de résiduels qui se trouvent à proximité de plans d'eau est significativement plus grande dans les coupes que dans les superficies brûlées. La proportion de forêt résiduelle varie entre 7,3% et 19,1% après les feux et de 25% à 40% dans les coupes. Dans les superficies brûlées la taille moyenne des groupes résiduels est plus petite que celle de la rétention dans les coupes. Les plans d'eau sont un facteur important pour les groupes résiduels dans les coupes, où environ la moitié de la rétention se concentre à 200 m d'un plan d'eau. Par contre, dans les feux, la quantité de résiduels à 100 m et à 200 m d'un plan d'eau varie beaucoup d'un feu à l'autre. Ces deux indicateurs suggèrent une distribution uniforme des groupes résiduels riverains à l'intérieur du feu et une tendance de la rétention à se concentrer à moins de 100 m de l'eau dans les coupes. La forme des groupes résiduels est plutôt allongée dans les coupes et plus circulaire après feux. Pour une lisière de 10 m de large, la quantité de forêt intérieure est similaire entre les perturbations, malgré une quantité totale de résiduels plus grande après feux que dans les coupes. Nos résultats suggèrent que même si quantitativement il y a plus de rétention dans les coupes avec protection de la régénération et des sols (CPRS) qu'après les incendies de forêt, suite à des différences importantes entre les feux et les coupes, il n'est pas souhaitable de diminuer significativement la quantité de la rétention comparativement au niveau actuel. Nous espérons pouvoir contribuer au développement de nouvelles techniques de gestion forestière ayant comme modèle les feux de forêt dans le but de préserver la biodiversité dans la forêt boréale. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Groupe résiduel, Agglomération de coupes, Photographie aérienne, Stéréoscope, Couche ArcView.

Les feux naturels déciment jusqu'à 0,4% des surfaces forestières boréales au Québec. Le feu structure le paysage en créant une mosaïque de bassins versants caractérisés par l'hétérogénéité des structures et de la composition végétale. Comment une telle diversité des bassins versants peut-elle affecter la dynamique du carbone des écosystèmes lacustres boréaux? Nous explorons ici si les patrons métaboliques des lacs suivent les différents stades de succession post-feu qui caractérisent leur bassin versant, et nous établissons le lien entre les propriétés physiques du bassin, la respiration planctonique et les flux de CO2. Durant l'été 2006, des échantillons d'eau épilimnétique ont été prélevés sur 50 lacs situés dans la région de la rivière Eastmain du Québec boréal. Les sites ont été sélectionnés afin de représenter divers types de bassins versants homogènes, distincts en terme du niveau de succession post-incendie, incluant des bassins entièrement matures et des bassins brûlés au début de l'été 2006. La respiration planctonique a été déterminée à partir de la consommation de l'oxygène dissout mesurée lors d'incubations in vitro. Pour ce faire, nous avons adapté un système d'optrode constitué d'un oxymètre à fibre optique et de mini-senseurs sensibles aux fluctuations d'oxygène. Les résultats suggèrent que pour deux lacs de même surface, un lac à l'intérieur d'un bassin versant récemment brûlé est associé à des taux de respiration moyens et à des flux de CO2 sortants plus élevés qu'un lac alimenté par un bassin versant mature. Notre étude contribue à une meilleure compréhension de l'influence des perturbations de l'écosystème terrestre sur les cycles des nutriments et du carbone des écosystèmes aquatiques, ainsi que sur la dynamique naturelle des gaz à effet de serre. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Cycle du carbone, Métabolisme du lac, Respiration planctonique, Flux de CO2, Feux naturels, Succession végétale, Boréal, Optrodes.

Très peu d'études concernant la dynamique des combustibles dans la forêt boréale existent, et encore moins dans les peuplements à fort potentiel de paludification comme dans la pessière à mousse de la ceinture d'argile de l'est du Canada. L'objectif général de ce mémoire est donc d'étudier les interactions entre le TDF, les compositions initiales et plusieurs caractéristiques des combustibles, et de vérifier leurs effets potentiels sur le comportement des feux. Plus précisément, le chapitre 1 vise à comprendre comment s'accumulent et/ou s'arrangent les différentes catégories de combustibles selon le TDF et la composition initiale. De son côté, le chapitre 2 concerne l'analyse du comportement des feux potentiels reliés à ces combustibles avec deux logiciels de prévision des incendies forestiers (FBP - Fire Behavior Prediction et BehavePlus 5.0). Pour atteindre ces objectifs, nous avons inventorié les caractéristiques des combustibles dans 61 sites âgés de 11 à 356 ans et catégorisés dans 4 compositions initiales différentes étant dominées en début de succession par : 1) le peuplier faux-tremble (PTR), 2) le pin gris (PBA), 3) l'épinette issue d'un feu sévère (PMA-S) et issue d'un feu non sévère (PMA-N). Dans le premier chapitre, il est démontré que la composition initiale a un effet important sur les caractéristiques des combustibles, alors que le TDF en a que très peu. Les plus grandes différences sont observées entre les chronoséquences de PTR et de PMA-N. En effet, contrairement à la composition initiale de PTR, celle de PMA-N tend à avoir une charge de matière morte au sol moindre, tout en ayant une meilleure continuité entre les différentes strates de combustibles. Nous montrons aussi, qu'à l'inverse de certains autres biomes forestiers, il y a peu d'accumulation de combustibles avec le TDF. Dans le deuxième chapitre, les résultats se rapportant au comportement du feu associés avec les valeurs de combustibles sont différents selon le modèle de comportement du feu utilisé. Étonnamment, dans les deux modèles, la composition initiale de PMA-N possède la plus grande vitesse de propagation. Dans FBP, l'intensité y était même maximale. De plus, les différences significatives au niveau de la charge en combustible entre les compositions initiales de PTR et des autres compositions initiales se sont traduites en comportements très différents dans les deux modèles. Nos conclusions sont donc que la paludification a un effet indirect sur la dynamique des combustibles en pessière à mousse. Cet effet s'opère lors de la transformation de la composition des forêts avec le TDF, qui elle, a un effet direct sur plusieurs caractéristiques des combustibles. Néanmoins, nous soulignons le fait que les résultats portant sur le comportement du feu proviennent d'outils de prévision qui ne sont pas adaptés à la pessière à mousse en ceinture d'argile et qu'il serait important de les améliorer en implantant un nouveau module de prévision de la combustion lente au sol et/ou un nouveau type de combustible incorporant les modifications en structure des peuplements paludifiés pour le FBP. ______________________________________________________________________________

La forêt boréale du Québec fait face à une pression de plus en plus importante de l'industrie forestière, qui étend ses pratiques vers le nord. Le milieu socio-économique suggère une extension plus au nord de la limite nordique de la forêt boréale commerciale, alors que le milieu environnemental milite plutôt pour un réajustement vers le sud de la limite. Dans ce contexte, pour limiter l'impact des activités anthropiques sur le fonctionnement des écosystèmes, une des stratégies est de faire en sorte que leurs effets ne dépassent pas les limites de variabilité des perturbations naturelles. Pour ce faire, il est primordial de développer des stratégies d'aménagement forestier durable qui prennent ancrage dans une solide connaissance de la dynamique des perturbations naturelles. Le feu est le principal régime de perturbation de la forêt boréale. Or, ce régime de perturbation et l'influence du climat sur celui-ci est encore peu documenté à la limite nordique de la forêt commerciale québécoise, à une large échelle spatio-temporelle. Les objectifs de ce projet de maîtrise consistaient, d'une part, à caractériser la dynamique des incendies forestiers à l'échelle de l'Holocène. La reconstitution des feux a été réalisée par le biais de l'analyse des charbons de bois préservés dans les sédiments de quatre lacs situés au nord de la ville de Chibougamau. D'autre part, ce mémoire visait à évaluer l'impact du climat et des facteurs locaux sur le régime des feux. Le climat régional et les facteurs locaux influencent le régime des feux à la limite nordique de la forêt boréale commerciale au Québec. L'occurrence des feux a connu des augmentations importantes durant les périodes chaudes et sèches de l'Holocène, notamment au cours de l'Optimum climatique holocène et l'Optimum climatique médiéval. Les feux ont été moins fréquents durant les quatre derniers millénaires comparativement à l'Holocène moyen (7000 à 4000 cal. BP). Les fréquences de feux enregistrées durant les derniers siècles demeurent encore à l'intérieur de la variabilité naturelle à l'échelle de l'Holocène. Toutefois, si l'augmentation de température prévue pour les prochaines décennies n'est pas compensée par une augmentation des précipitations, le scénario holocène se répétera et l'occurrence des feux augmentera à la limite nordique de la forêt boréale commerciale au Québec, limitant la marge de manœuvre pour la récolte forestière. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Charbons de bois, feux de forêt, Holocène, climat, limite nordique de la forêt commerciale.

Dans le nord-ouest du Québec, le thuya de l'Est atteint sa limite de répartition continue aux environs du 48e parallèle de latitude. Toutefois, quelques peuplements se trouvent jusqu'au 51e parallèle. La présence ou l'absence d'une espèce peut être expliquée par différents facteurs tels que le climat, les feux, les conditions édaphiques ou la compétition interspécifique. La présente étude tente d'établir quels facteurs influencent la limite de répartition nordique du thuya de l'Est au Québec. Nous avons étudié l'effet du climat sur la croissance et la régénération du thuya à différentes latitudes. Nous avons également analysé la répartition du thuya selon la disponibilité de sites potentiels le long d'un gradient climatique. Finalement, nous avons tenté de comprendre la relation entre l'établissement du thuya et la dynamique des feux à la limite de sa répartition. Ces différentes analyses ont permis de constater que le climat n'avait qu'une influence partielle sur la répartition actuelle du thuya. Seule la régénération des sites marginaux était plus faible par rapport aux peuplements du sud. La régénération était toutefois présente dans ces sites isolés. De plus, le climat ne pouvait expliquer la baisse importante de l'abondance des peuplements rencontrée au centre du gradient latitudinal. Par ailleurs, la disponibilité de sites adéquats pour l'établissement du thuya ne semble pas être un facteur important puisque le thuya semble incapable de saturer tous les sites potentiellement disponibles au nord de sa répartition. Le feu apparaît avoir une grande influence sur la répartition du thuya. En effet, les peuplements trouvés au nord sont généralement plus âgés que les peuplements les entourant. Cela indique qu'ils n'ont pas brûlé en même temps que les autres peuplements lors du dernier feu, et se trouvent donc dans des endroits protégés. De plus, les peuplements marginaux étudiés se trouvaient tous à proximité de cours d'eau ou dans des endroits très humides, là où les feux sont moins probables. Nous constatons donc que le feu, en association avec le climat, semble responsable de la limite de répartition actuelle du thuya de l'Est. En effet, le climat diminue le potentiel de régénération et les feux éliminent les arbres semenciers et limitent la dispersion des peuplements. Ainsi, la répartition du thuya de l'Est n'est pas en équilibre avec le climat en raison des feux trop fréquents. Dans une optique de changements climatiques, la migration de plusieurs espèces vivant en forêt boréale pourrait dépendre davantage de l'effet du climat sur les cycles de feu que de ses effets directs sur la biologie de l'espèce. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Thuya de l'Est, limite nordique, climat, reproduction, feu, facteurs édaphiques

Le feu constitue un élément clé de la dynamique forestière naturelle et de la biodiversité en forêt boréale. À court terme, le feu génère une combinaison de conditions qui sont favorables à de nombreuses espèces fauniques et floristiques. En particulier, le feu représente, à l'échelle régionale, une source importante de bois mort pour plusieurs espèces de vertébrés et d'invertébrés qui dépendent de cet attribut d'habitat. Cette thèse vise à approfondir nos connaissances sur l'utilisation du bois mort et des forêts brûlées par les pics en forêt boréale. Plus spécifiquement, l'objectif de cette thèse est de mieux comprendre les processus écologiques à la base de l'utilisation des forêts brûlées par le pic à dos noir et d'évaluer la contribution de cet habitat dans la dynamique des populations de cette espèce en forêt boréale. La thèse est divisée en deux parties réparties sur quatre chapitres. La première partie de la thèse, composée du chapitre l, décrit l'écologie alimentaire de six espèces de pics qui nichent dans les forêts mixtes et résineuses de la forêt boréale de l'est. Les résultats révèlent que le bois mort constitue un substrat alimentaire important pour cinq espèces de pics soient le pic à dos noir, le pic à dos rayé, le pic chevelu, le pic mineur et le grand pic. Ce volet de la thèse décrit également les spécialisations de chaque espèce quant à son utilisation du bois mort, notamment en ce qui a trait aux stades de dégradation des arbres et aux types de proies. Le pic à dos noir était l'espèce qui montrait la plus forte association au bois mort pour son alimentation. Cette espèce sélectionnait principalement les conifères récemment morts, une préférence qui s'explique par sa spécialisation pour certains insectes saproxyliques (i.e. Cerambycidae) présents en grandes densités dans les premiers stades de dégradation des conifères. Ces résultats montrent que le pic à dos noir dépend du recrutement d'arbres morts pour son alimentation, qu'ils soient issus de la mortalité individuelle des arbres ou de perturbations naturelles de grande ampleur tel que le feu. La deuxième partie de la thèse (chapitres 2 à 4) traite plus spécifiquement de la sélection d'habitat et de la démographie du pic à dos noir dans les forêts brûlées. Dans le chapitre 2, la sélection des arbres pour l'alimentation et la nidification a été étudiée de manière à déterminer les facteurs qui influencent la qualité de cet habitat pour l'espèce. Les résultats indiquent que les caractéristiques des arbres de nidification (i.e. feuillus, chicots dégradés) sont passablement différentes de celles des arbres d'alimentation (conifères, récemment morts, modérément brûlés). Ces résultats montrent que la combinaison des conditions présentes avant feu (i.e. composition, structure et âge des forêts) et de la sévérité du feu influence la qualité des forêts brûlées comme habitat pour cette espèce. Dans le chapitre 3, j'examine le temps d'occupation des forêts brûlées et le succès reproducteur d'une population de pic à dos noir pendant une période de trois ans après feu. Ce volet de la thèse démontre clairement que les forêts brûlées peuvent représenter un habitat de nidification de haute qualité pour cette espèce. Cette occupation est cependant éphémère, étant limitée dans notre étude aux deux premières années suivant le feu. Le succès reproducteur a été évalué sur plus d'une centaine de nids au cours des trois années. Celui-ci diminuait en fonction des années depuis la perturbation et variait en fonction des conditions présentes dans le paysage brûlé. Le succès reproducteur était notamment plus élevé dans les peuplements matures que dans les peuplements jeunes brûlés et plus élevé à proximité de la bordure des forêts non brûlées. Ces résultats viennent corroborer ceux concernant la sélection d'habitat et démontrent l'importance des conditions de la matrice forestière avant feu ainsi que des patrons spatiaux dans la sévérité du feu sur la qualité de l'habitat pour l'espèce. Une évaluation du statut source-puit suggérait que ces forêts brûlées représentaient un habitat source pour les deux premières années suivant le feu et que ce statut se maintenait plus longtemps dans les habitats à dominance de forêts matures brûlées. Le dernier chapitre a permis d'aborder l'influence de la sévérité du feu sur l'occupation à long terme des forêts brûlées par les insectes saproxyliques et les oiseaux qui s'alimentent sur ces derniers, en particulier le pic à dos noir. Les résultats montrent qu'une sévérité légère peut prolonger le temps d'occupation des forêts brûlées par les espèces d'insectes et d'oiseaux généralement associées aux premières années après feu. Dans cette étude, les secteurs brûlés légèrement étaient associés à une mortalité différée des arbres, ce qui a probablement contribué à la présence plusieurs années après feu d'insectes saproxyliques typiquement associés aux arbres récemment morts. À l'échelle des peuplements, certains insectes saproxyliques (ex. scolytes) ainsi que les oiseaux prédateurs de ces insectes (pic à dos rayé et grimpereau brun) étaient plus abondants dans les peuplements légèrement brûlés. À l'échelle de l'arbre, la sévérité du feu a eu un effet important sur la présence d'Arhopalus Foveicolis, le Cerambycidae le plus important 8 à 11 ans après feu. La plus grande abondance de cet insecte dans les arbres légèrement brûlés a probablement contribué à la forte abondance du pic à dos noir dans ces vieux brûlis. Les résultats de cette thèse montrent que le recrutement de bois mort, en particulier par le feu, constitue un élément clé du maintien et de la dynamique des populations du pic à dos noir en forêt boréale. Bien que la qualité des forêts brûlées soit variable et éphémère, cette thèse supporte l'hypothèse que ces forêts peuvent constituer des habitats sources pour les populations de cette espèce en forêt boréale. La récupération des forêts brûlées de même que le rajeunissement de la matrice forestière causé par l'aménagement forestier, par son effet indirect sur la qualité des conditions post-feu, ont un impact négatif sur la quantité et la qualité de cet habitat pour le pic à dos noir. L'intégration de certains résultats de cette thèse dans le développement de stratégies d'aménagement des forêts brûlées permettrait de mieux assurer le maintien d'habitats adéquats pour le pic à dos noir ainsi que pour plusieurs autres espèces qui sont associées aux forêts brûlées. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Forêt boréale, Feu, Bois mort, Pic à dos noir, Sélection d'habitat, Succès reproducteur.

Cette thèse analyse les opportunités de développer un aménagement forestier durable dans un contexte de changements climatiques et dans une région soumise à une fréquence de feu élevée lorsqu'on la compare à celle d'autres régions de la forêt commerciale du Québec. Le premier chapitre examine la relation entre la distribution des classes d'âge, qui reflète l'activité régionale des feux, et les variations climatiques à grande échelle (circulation atmosphérique et océanique). Les variations interdécennales de l'activité des incendies forestiers de la région de Waswanipi, située dans le centre du Québec, ont été reconstituées pour la période 1920-2000 à l'aide d'analyses dendrochronologiques. Nous avons estimé le cycle de feu autour de 153 ans, avec un allongement de 99 ans avant 1940 à 282 ans après 1940. Cette reconstitution a été analysée à l'aide de différents indices climatiques tels que l'Oscillation Pacifique Décennale et l'Oscillations Nord-Atlantique, sur la période 1880-2000. Les corrélations entre la variabilité décennale des feux et les indices climatiques indiquent une influence positive de l'Oscillation Pacifique Décennale. Cette relation a été validée à l'échelle interannuelle pour les années de grands feux entre 1899 et 1996. Le principal objectif du deuxième chapitre est de déterminer si un patron climatique particulier contrôle l'activité régionale des feux et se distingue de ceux contrôlant l'activité des feux dans d'autres parties de la forêt boréale québécoise. La carte de corrélation entre des hauteurs géopotentielles et l'aire brûlée annuellement dans la région d'étude a été produite et comparée avec celles produites pour l'aire brulée annuellement au Québec, et dans les zones de protection intensive (sud du Québec) et restreinte (nord du Québec). Ensuite, des analyses dendroclimatiques ont été réalisées afin d'obtenir des estimées de l'aire brûlée dans les différents territoires examinés de 1904 à 2001 afin d'évaluer la stabilité temporelle de l'influence climatique sur l'activité des feux. Le patron climatique qui contrôle l'activité des feux dans la région d'étude est intermédiaire entre ceux responsables de l'activité des feux dans les zones de protection intensive et restreinte. Ce patron serait relativement stable au moins depuis 1948. Le troisième chapitre examine les taux de changement futurs de l'activité des feux sous l'influence des changements climatiques dans la région de Waswanipi, au centre du Québec. Tout d'abord, nous avons utilisé des régressions linéaires pour modéliser la relation historique (1972-2002) entre les conditions météorologiques et l'activité des feux. Ensuite, nous avons calculé les composantes du système de l'Indice Forêt-Météo à partir des simulations quotidiennes des conditions météorologiques du Modèle Régional Canadien du Climat (1961-2100). Nous avons testé les tendances linéaires de l'activité des feux sur la période 1961-2100, et calculé les taux de changement entre les périodes 1975-2005, 2030-2060, et 2070-2100. Nos résultats suggèrent que le risque de feu du mois d'août pourrait doubler d'ici 2100, alors que celui du mois de mai pourrait diminuer. Ainsi, le pic saisonnier de l'activité des feux pourrait se réaliser et se prolonger plus tard dans la saison. Bien que nos résultats suggèrent une faible augmentation à long terme de l'activité des feux, la variabilité interannuelle qui y est associée reste un défi bien plus grand pour le développement d'un aménagement forestier durable. Traditionnellement au Québec, le risque de feu est géré a posteriori en foresterie: quand un feu survient dans un territoire aménagé, une partie des pertes encourues est atténuée par des coupes de récupération. Dans le quatrième chapitre, nous explorons des approches davantage proactives pour inclure les risques et les incertitudes à la planification forestière. Nous présentons d'abord les concepts communs à l'adaptation aux changements climatiques et à l'aménagement forestier durable. Ensuite nous présentons différents indicateurs climatiques du risque de feu régional qui pourraient contribuer à mieux prévoir et intégrer le risque de feu dans la planification forestière stratégique et tactique. Enfin, nous discutons de différentes stratégies d'aménagement forestier qui permettent d'intégrer plus facilement le risque de feu à la planification forestière. Bien que nous ayons déjà de plusieurs outils pour intégrer les risques et les incertitudes dans la planification forestière, d'importants changements dans la perception de ces risques et incertitudes sont nécessaires pour les mettre en place. En conclusion, il est techniquement possible de développer un aménagement forestier durable qui tienne mieux compte du risque de feu prévalant dans la région de Waswanipi. Cependant notre capacité technique et scientifique ne suffit pas à garantir qu'un tel aménagement sera effectivement réalisé puisque sa mise en place nécessiterait une véritable volonté politique et de profonds changements dans la perception des risques et incertitudes en aménagement forestier. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Feux de forêts, Changements climatiques, Aménagement forestier écosystémique, Adaptation aux changements climatiques, Dendroclimatologie, Circulation atmosphérique, Circulation océanique, Indice forêt-météo, Risque de feu.

Les lichens terricoles constituent une composante importante de l'écosystème forestier boréal. Cependant, cet écosystème est dynamisé par différentes perturbations qui créent des changements environnementaux qui ont une répercussion directe sur la dynamique des populations des lichens terricoles, en particulier sur les espèces du genre Cladina. À leur tour, ces changements peuvent affecter le caribou forestier, les Cladina étant l'une de ses principales ressources alimentaires durant la saison hivernale. Les perturbations naturelles sont, dans une large part, responsables de la dynamique des Cladina en forêt boréale québécoise. Or, au cours des dernières décennies, la forêt boréale a subi de profondes transformations. La coupe totale sur de grandes superficies est devenue la principale pratique forestière. Ainsi, les régimes naturels de perturbations occupent des superficies moindres par rapport aux perturbations créées par l'aménagement forestier. Malgré l'importance de plus en plus grande de l'aménagement forestier, très peu de travaux ont documenté la réponse des lichens, entre autres les Cladina, aux effets de la coupe en forêt boréale. L'objectif général de cette thèse est de comprendre la dynamique d'installation et la croissance des lichens terricoles en particulier des Cladina après les perturbations naturelles et anthropiques dans les forêts d'épinettes noires de la ceinture d'argile du Québec. Dans cette étude, nous nous sommes fixés comme premier objectif de déterminer les principales différences structurales caractérisant les stades de développement des forêts d'épinettes noires et de comparer la biomasse des Cladina ainsi que la diversité et la composition des communautés de lichens terricoles. Les jeunes peuplements avaient montré un plus grand taux de recouvrement, une plus grande diversité et une plus grande biomasse des Cladina. Avec la fermeture de la canopée, dans les sites âgés de plus de 50 ans, on observe que la biomasse des Cladina et la composition en espèces des lichens terricoles diminuent considérablement pour ensuite augmenter dans les sites âgés de plus de 200 ans. La répartition des différentes espèces, telle que révélée par l'analyse canonique des correspondances, montre une distribution en fonction des caractéristiques des sites. Les lichens terricoles sont plus abondants dans les sites où l'épaisseur de la matière organique est faible. D'autre part, les résultats des analyses de régression multiple des variables environnementales montrent que l'ouverture de la canopée et l'épaisseur de la matière organique avaient un effet significatif sur le taux de recouvrement et la diversité des lichens terricoles, alors que l'âge et l'ouverture de la canopée montrent un effet significatif sur la biomasse des Cladina. L'arbre de régression multivariable avait montré que le temps et l'habitat sont des facteurs importants, puisqu'ils jouent des rôles différents dans la détermination de la composition des communautés lichéniques terricoles. Dans le chapitre deux, nous avons effectué une étude comparative de l'impact des feux et des coupes sur la composition, la diversité, l'abondance et la biomasse des communautés lichéniques dans la pessière noire à mousses du Québec. Les feux sont caractérisés par une plus grande abondance de mousses pionnières et ont affiché une dynamique d'établissement précoce de lichens terricoles avec une certaine abondance des Cladina dans le tapis lichénique. À l'opposé, davantage de lichens résiduels caractérisaient les communautés après coupe, la recolonisation des sites de CPRS (coupe avec protection de la régénération et des sols) indique que les lichens terricoles s'établissent plus tard avec l'établissement des Cladonia en premier suivies des Cladina. Cinq ans après perturbation, la richesse en espèces des lichens terricoles ainsi que la biomasse des Cladina étaient plus élevées dans les coupes que dans les feux. Toutefois, quelle que soit la nature de la perturbation (coupe ou feu), avec le temps (28 ans après perturbation), l'abondance, la biomasse et la richesse, des lichens terricoles sont comparables, en raison de l'ouverture de la canopée qui offre un microclimat idéal à la recolonisation des sites par les Cladina et les Cladonia dans les sites brûlés, et à leur persistance et leur développement dans les sites issus de CPRS. Comme les Cladina sont directement touchées par les coupes forestières qui perturbent leur habitat et qu'ils sont intimement associés aux stades post-incendies, nous nous sommes fixés comme troisième objectif de voir si l'aménagement par coupe partielle pourrait recréer l'hétérogénéité structurale nécessaire au maintien de l'abondance et de la croissance des Cladina. Nous avons quantifié la croissance de trois espèces de Cladina dans trois traitements de trois sites d'un réseau des coupes partielles, soient : (1) un témoin (non coupé); (2) une coupe partielle (niveaux d'extraction 45 à 86%); (3) une coupe totale (CPRS), afin de tester l'hypothèse selon laquelle l'aménagement par coupe partielle pourrait recréer l'hétérogénéité structurale nécessaire au maintien de l'abondance et à la croissance des Cladina. Les taux de croissance des trois espèces dans les trois sites variaient entre les espèces et entre les sites. Cependant, la variation la plus significative a été observée entre les traitements. La croissance des lichens était similaire dans les blocs de coupes partielles et des CPRS, tandis qu'une perte de biomasse a été observée chez un grand nombre de thalles dans les blocs témoins de forêts matures non récoltées. Les résultats de cette étude ont aussi montré que les coupes partielles seraient davantage susceptibles d'assurer le maintien des Cladina que les CPRS. De plus, en offrant de meilleures conditions de croissance aux lichens terricoles, les coupes partielles pourraient contribuer à conserver une ressource alimentaire importante pour le caribou forestier (Rangifer tarandus) tout en préservant des conditions forestières qui se rapprochent des forêts âgées, dont un couvert de protection, important pour cette espèce. Les résultats de cette thèse permettent de faire quelques recommandations quant au maintien des lichens dans les paysages aménagés. Nous suggérons des traitements sylvicoles par coupes partielles, car ils ont le potentiel de mieux préserver l'abondance des Cladina et de créer des conditions idéales à leur croissance, ce qu'une sylviculture conventionnelle par CPRS ne peut faire. Il y a cependant certaines limitations qui ne permettent pas à ce système de sylviculture expérimentale d'être adopté dans des peuplements démontrant un degré élevé de paludification. Pour ces forêts, une coupe totale suivie d'un feu dirigé serait la meilleure option afin de diminuer l'épaisseur de la matière organique et d'empêcher le retour rapide à la paludification ainsi que la préservation de l'habitat des lichens à long terme. Néanmoins, il est important de maintenir des vieilles forêts non perturbées pour la préservation de la biodiversité. En conclusion, un suivi périodique de l'abondance des Cladina dans le réseau des coupes partielles ainsi que des expérimentations de scénarios de brûlage dirigé après coupes totales sont recommandés. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Épinettes noires, CPRS, coupes partielles, feu, Cladina, Cladonia.

Le paradigme de la gestion durable des forêts demande aux gestionnaires de s'inspirer des perturbations naturelles lors de l'application des coupes forestières tant en fréquence qu'en répartition spatiale dans le paysage. Mais est-ce que ce paradigme peut vraiment maintenir la résilience écologique des forêts sous aménagement? La théorie écologique suppose qu'une gestion basée sur le régime des perturbations naturelles pourrait maintenir la résilience si les stratégies forestières maintiennent les patrons et les processus qui perpétuent les états désirés à l'intérieur de leur fourchette de variabilité naturelle tout en réduisant ceux qui augmentent la résilience des états indésirables. Mettre en application ces idées dans un contexte de gestion exige cependant une articulation soignée des états d'écosystème en considération ainsi que des perturbations et des stress qui affectent la persistance des états alternatifs possibles. De plus, ces états doivent être caractérisés aux échelles spatiales et temporelles pertinentes à leur expression afin de traduire ceux-ci en modalités de gestion adéquatement ajustés à ces échelles. Dans cette thèse, je pose la question suivante: comment les changements climatiques affecteront-t-ils la fréquence des grands feux dans les forêts feuillues du Témiscamingue dans le Québec méridional? J'examine cette question en faisant le lien entre la résilience des écosystèmes forestiers et le régime des perturbations naturelles dans un contexte de changements climatiques. Dans ce système, les états alternatifs considérés sont des peuplements de feuillus tolérants, des peuplements dominés par des pins et ceux dominés par des espèces pionnières où la principale perturbation naturelle considérée est le feu. Au tout début, je fais dans le premier chapitre une revue de la littérature concernant la résilience écologique. Après, j'analyse l'histoire du feu au Témiscamingue, avec une emphase sur son influence sur la composition forestière dans le paysage; j'étudie ensuite un gradient régional de feux afin de développer des modèles prédictifs en fonction de variables du climat; et finalement, j'estime les effets du changement de climat au Témiscamingue sur la végétation forestière dans un contexte dynamique avec le régime de feu en employant les modèles prédictifs du feu utilisant les sorties d'un modèle climatique global de circulation. Le deuxième chapitre me permet de reconstituer l'historique des grands feux au Témiscamingue à l'aide d'archives provinciales sur les feux, de l'interprétation de photos aériennes anciennes et de données dendrochronologiques. Sur la base de cette information, la fréquence du feu est estimée et l'hypothèse selon laquelle le temps écoulé depuis le dernier feu est une cause déterminante sur la composition en arbres est testée. En dépit de sa proximité à la forêt boréale mixte, ce paysage brûle relativement rarement, avec plus de 60% du paysage n'ayant pas brûlé depuis les dernières 413 années. Le cycle global du feu estimé, une évaluation du temps requis pour brûler une aire de taille équivalente au secteur d'étude, est de 494 ans (IC de 95% : 373-694 ans). Des analyses multivariées ont permis de distinguer des assemblages distincts en espèces d'arbre selon le temps écoulé depuis le dernier feu: les assemblages de Populus-Pinus dominent la canopée lorsque le temps écoulé depuis le dernier feu est court alors que des assemblages dominés par l'érable à sucre, le bouleau jaune et la pruche de l'est dominent lorsque temps écoulé depuis le dernier feu est long. Comparativement aux autres variables écologiques examinées, le temps écoulé depuis le dernier feu est celle qui explique le plus la composition forestière. Ces résultats suggèrent aussi que les plus longs cycles de feu observés récemment devraient favoriser une augmentation de la proportion des espèces évitant le feu dans le paysage, avec des conséquences potentiellement négatives sur la résilience de l'écosystème si un tel phénomène favorise l'exclusion locale d'espèces adaptées au feu. Pour comprendre le rôle que joue le climat sur le système forêt-feu de la forêt feuillue, les caractéristiques climatiques, humaines et biophysiques du paysage ont été mises en relation avec l'occurrence des grands feux et les superficies brûlées pour tout le territoire Grands Lacs/Fleuve St-Laurent du Canada. Cette évaluation a été faite en (i) caractérisant les grands feux (> 200 ha) récents (1959-1999) dans 26 paysages et (ii) en analysant ces données dans le cadre de la théorie de l'information que pour comparer six hypothèses concernant les rôles des conditions météorologiques propices aux incendies de forêt, impliquant les normales de climat, les densités de population et de route, et les caractéristiques écologiques telles que les dépôts de surface et la présence des coupe-feu. Trois cents quatre-vingt-douze grands feux ont brûlé 833.698 ha pendant la période d'étude, brûlant annuellement en moyenne 0.07% ± 0.42% (± écart-type) de la superficie forestière des paysages. L'activité du feu était fortement saisonnière, avec la plupart des feux se produisant en mai et juin. Une combinaison 1) des précipitations de l'hiver précédent, 2) du déficit ou du surplus en précipitation pendant la saison de feu et 3) du pourcentage de paysage couvert par les dépôts de surface bien drainées explique le mieux l'occurrence des feux et la superficie brûlée. L'occurrence du feu change seulement en fonction des variables du climat, tandis que la superficie brûlée est également expliquée par l'importance du tremble et du pin dans le couvert forestier, la densité de population humaine et deux caractéristiques durables du paysage, soit la superficie occupée par de grands plans d'eau et celle occupée par les dépôts fluvioglaciaires. Ces résultats peuvent aider à concevoir des stratégies d'adaptation pour les augmentations prévues de l'occurrence des conditions météorologiques propices aux feux sévères, surtout dans l'ouest de la région. ils permettent aussi de mettre en priorité les paysages selon les caractéristiques durables mentionnées ci-dessus et donnent des indications sur les modalités de gestion à définir dans un contexte de contrôle des effets du feu sur les ressources forestières et le maintien de l'intégrité écologique. Basé sur le modèle développé au chapitre 3, le dernier chapitre présente comment les changements climatiques pourraient affecter la dynamique forêt-feu au Témiscamingue. Cette évaluation est réalisée en trois étapes. D'abord, j'identifie le rôle relatif de différentes variables des conditions météorologiques propices au feu en expliquant l'occurrence des grands feux et la superficie brûlée à travers la forêt de la zone de végétation des Grands Lacs/Fleuve St-Laurent de l'est du Canada. En second lieu, j'examine comment ces variables météorologiques ont changé historiquement au Témiscamingue et, troisièmement, comment ils peuvent changer selon différents scénarios de changements climatiques selon le modèle global canadien de circulation. Au Témiscamingue, les moyennes des températures maximales mensuelles pendant la saison de feu (mai à octobre) et des périodes sèches ont expliqué le mieux l'occurrence du feu et la superficie brûlée. Depuis 1910, les températures moyennes mensuelles maximales sont restées stationnaires au Témiscamingue tandis que les périodes sèches sont devenues moins fréquentes. Chacun des trois scénarios de changement climatique montre une augmentation des températures maximales mensuelles moyennes et une diminution des périodes sèches pendant le 21ème siècle, combinaison impliquant une augmentation faible des superficies annuelles brûlées. En dépit de cette augmentation, et étant donné que les coupes forestières affectent des superficies plusieurs fois plus grandes que celles affectées par les feux, les effets du changement de climat sur le feu n'affecteront probablement pas la structure et la composition des forêts autant que la foresterie, la succession ou les perturbations naturelles telles que le chablis. La résilience des peuplements dominés par les pins diminuera probablement tandis que celle des peuplements dominés par les feuillus tolérants augmentera. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Résilience écologique, Forêt feuillue, Témiscamingue, Feu, Changements climatiques.

L'intérêt pour l'écologie des feux de forêt ainsi que sa compréhension a augmenté depuis les trente dernières années, cependant il subsiste toujours des lacunes dans les connaissances qui traitent de l'hétérogénéité spatiale des feux de forêt. Ainsi, il est généralement admis que le régime de feu varie en réponse à des processus écologiques déterminés par les conditions climatiques et physiques, qui en retour affectent la succession et la mosaïque forestière. Alors que le régime de feu est caractérisé par plusieurs attributs tels que la taille, la fréquence, la sévérité, la saisonnalité ou encore l'intensité des feux, cette thèse s'intéresse principalement à la variation spatiale des superficies, de la fréquence et de la forme des feux. L'objectif général est d'améliorer les connaissances sur le régime en forêt boréale en déterminant les facteurs responsables de la variation régionale de ces attributs et d'en analyser les effets sur les processus écologiques qui affectent l'établissement du couvert après feu. Le territoire étudié couvre un vaste territoire de plus de 400 000 km2 dans la forêt boréale de l'est du Canada. Plus particulièrement, on s'intéresse ici à l'hétérogénéité spatiale du régime de feux en lien avec la composition et la morphologie des dépôts de surface et leur drainage (SDD) dans la province du Québec. En effet, alors que les SDD jouent un rôle majeur dans l'établissement de la végétation et la structure des paysages des forêts boréales, peu d'études ont réussi à mettre en évidence le lien entre les différents types de SDD et la variabilité régionale du régime de feu. Pourtant, en raison de leur épaisseur, de leur morphologie, et leur texture ainsi que de leur drainage, les dépôts de surface sont attendu pour affecter le potentiel d'assèchement du combustible et donc d'influencer le régime de feu. C'est pourquoi, dans cette thèse, nous avons tenté principalement de répondre à trois questions peu documentées dans la littérature des feux de forêt. Tout d'abord, afin de vérifier si les dépôts de surface peuvent affecter la fréquence des feux, nous avons réalisé une classification des SDD afin d'illustrer leur potentiel d'assèchement du combustible et nous avons ensuite estimé le cycle de feu par type de SDD (Chapitre I). Par la suite, nous avons évalué si les différentes valeurs de cycle de feu observées entre les SDD varient d'une région à l'autre. Nos résultats montrent une variation considérable du cycle de feu entre les types de SDD (de 144 à 425 ans) et entre les régions (de 90 à 715 ans). Une analyse discriminante suggère qu'une combinaison de facteurs climatiques (précipitation, indice d'aridité et température) et physiques (till xérique indifférencié et till mésique indifférencié) pourrait expliquer ces variations à l'échelle régionale. En outre, nos résultats montrent que les valeurs de cycle de feu des SDD ne peuvent pas se distinguer significativement dans des environnements climatiques très favorables à la sécheresse estivale et donc propices à la propagation du feu (cycle de feu < 150 ans). A l'inverse, lorsque le climat est moins propice au feu (cycle de feu > 300 ans), les SDD se distinguent significativement. Deuxièmement, afin de vérifier si la physionomie du paysage impose un contrôle sur le régime des feux, nous avons testé si l'orientation des SDD, des cours d'eau et du relief peuvent influencer l'orientation, la taille et la forme des feux à l'échelle régionale (Chapitre II). La taille, la forme, l'orientation et l'excentricité ont été calculés pour chaque feu puis compilés par écodistricts sélectionnés de la province de Québec entre 1970 et 2010. Les écodistricts ont été regroupés sur la base de ces mêmes attributs avec une analyse de groupement hiérarchique. Ensuite, des variables environnementales incluant la température, les précipitations, l'indice de sévérité de feux, la topographie, les dépôts de surface et l'hydrographie ont été testées pour décrire chaque zone en utilisant une analyse canonique de redondance. Nos résultats montrent des différences significatives entre la taille, la forme et l'orientation des feux qui permettent de distinguer des zones spatialement homogènes et contigües. Ces résultats permettent de suggérer que l'orientation dominante des feux à l'intérieur des zones répond à une orientation similaire des cours d'eau et des SDD. Dans certaines zones, une direction des vents dominants parallèles à l'ensemble du paysage au moment du feu peuvent créer des conditions de propagation propices aux très grands feux (taille moyenne > 17 000 ha). Troisièmement, pour tester l'effet des SDD sur le rétablissement des forêts après feu, nous avons estimé la vitesse et la qualité d'établissement du couvert forestier en fonction du temps depuis le dernier feu pour passer du stade de brûlis au stade régénéré puis au stade de jeune forêt (Chapitre III). Nous avons testé si les forêts situées dans les régions sèches (caractérisées par une proportion élevée de SDD secs, de faibles précipitations et un cycle de feu court) tendent à se rétablir plus lentement après feu, menant à une forêt moins dense, par rapport à une région plus humide caractérisée par un cycle de feu plus long. Des comparaisons de régressions logistiques multinomiales avec le critère d'information d'Akaike suggèrent que les variables les plus significatives expliquant la régénération après feu sont le temps depuis feu, le type de SDD, l'indice canadien de sécheresse et les précipitations de la saison de croissance. Un rétablissement rapide et dense des forêts, indicateur d'une meilleure croissance, est observé sur les dépôts de till subhydriques seulement dans les régions caractérisées par un cycle de feu long (> 500 ans). À l'inverse, un rétablissement lent et peu dense, indicateur d'un manque d'individus génère une forêt clairsemée dans les régions caractérisées par un cycle de feu court (< 200 ans) et une proportion élevée de dépôts grossiers secs tels que les juxta-glaciaires, mais aussi les dépôts mésiques dans certains cas. En conclusion générale, on peut dire que l'ensemble des résultats a permis une meilleure compréhension du régime de feu dans les forêts boréales en mettant en relief l'effet des SDD sur la variabilité spatiale du régime de feu à l'échelle régionale. La thèse, dans son ensemble, nous rappelle l'importance des facteurs à grande échelle sur la dynamique forestière post-feu. Alors que le climat reste le facteur déterminant dans la variabilité du régime de feu, nos résultats montrent que les SDD, dans certaines conditions, peuvent modérer ou accentuer la fréquence et la taille des feux voir même contraindre leur orientation. En dépit des limites potentielles, attribuables à la grandeur de l'échelle des analyses, ces nouvelles connaissances ont des implications pour un aménagement durable des forêts et une meilleure gestion des incendies en forêt boréale. Ces connaissances seront certainement aussi utiles pour envisager des stratégies d'adaptions aux changements climatiques. Alors que cette thèse se concentre sur la province du Québec, il est envisageable que l'approche et les conclusions développées ici soient applicables pour l'ensemble de la forêt boréale où le feu demeure la perturbation naturelle dominante. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Aménagement écosystémique, indice canadien de sécheresse, changements climatiques, cycle de feu, dépôts de surface, drainage, géomatique, géomorphologie, pessière à mousses, orientation, régionalisation, régénération.