Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

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.

Depuis 15 ans, l'approche de la TRIADE, qui vise une division du territoire en trois aires d'utilisation a été proposée comme une alternative qui tend vers un aménagement durable de la forêt. De ce fait, l'objectif de la présente étude était de mieux comprendre les effets à long terme de différentes proportions allouées pour chacune des zones (conservation, aménagement écosystémique et intensif) sur la biodiversité et la récolte de la matière ligneuse en forêt boréale mixte. L'impact de six scénarios d'aménagement a été évalué par rapport à un scénario de perturbations naturelles en fonction de cinq indices de paysage ainsi que de la structure des classes d'âge et des volumes récoltés. Pour ce faire, un modèle spatialement explicite à l'échelle du paysage a été utilisé pour simuler un territoire de 390000 ha en Mauricie, au Québec pour une période de 490 ans. Les résultats obtenus indiquent que le pourcentage de vieilles forêts (100 ans ou plus) était principalement influencé par la proportion occupée par la zone d'aménagement écosystémique. De plus, tous les scénarios d'aménagement mènent à une augmentation importante de la fragmentation de la forêt. En comparaison avec le scénario de statu quo, tous les scénarios TRIADE présentent une baisse de volume à court terme. À long terme, les volumes varient selon les décennies, mais certains scénarios montrent des gains face au statu quo. De façon générale, les résultats confirment que les changements de patrons à l'échelle du paysage sont un processus très long et que la TRIADE est une option qui doit être considérée pour atteindre un aménagement durable de la forêt boréale mixte. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : TRIADE, Zonage fonctionnel, Aménagement durable de la forêt, Fragmentation, Forêt boréale mixte.

La forêt boréale de la Côte-Nord est caractérisée par un climat maritime, de sorte que les feux y sont peu fréquents. Une proportion plus grande de vieux peuplements compose la mosaïque forestière de cette région. La dynamique de ces peuplements est contrôlée par la mortalité de petits groupes d'arbres causée par la sénescence naturelle des arbres et par des perturbations secondaires comme le vent et les épidémies d'insecte. Une mortalité faible dans le temps et dans l'espace peut amener le peuplement à un état d'équilibre où la structure et la composition des peuplements sont stables. La dynamique des trouées et l'état d'équilibre sont reconnus pour les vieux peuplements dans de nombreux écosystèmes mais restent peu étudiés en forêt boréale. Cette étude a pour objectif d'apporter des connaissances sur la dynamique de trouées dans le temps. Le premier chapitre est un descriptif de la méthode de dendrochronologie utilisée pour dater la formation de trouées. Le deuxième chapitre définit les caractéristiques des trouées et la distribution de formation dans le temps suivant la composition en espèce des peuplements. Toutes les trouées ont été échantillonnées le long de transects de 400 m dans des peuplements de sapin baumier (Abies balsamea (L.) Mill.) et/ou d'épinette noire (Picea mariana (Mill.) BSP). Un arbre mort à l'origine de la trouée qualifié de « gap makers » a été récolté dans chaque trouée et interdaté par une méthode dendrochronologique. L'année de mortalité des « gap makers » définit l'année de formation des trouées. La majorité des trouées sont de taille inférieure à 100 m² et représente en moyenne 60% de la proportion des peuplements. Dans les sapinières, les trouées sont quasiment toutes régénérées alors que dans les pessières la moitié des trouées sont peu régénérées et dominées par les éricacées. Pour les deux espèces, un maximum de trouées est formé dans les années 70, coïncidant avec la dernière épidémie de la tordeuse des bourgeons de l'épinette. Ces résultats indiquent que les vieux peuplements de la Côte-Nord, bien que contrôlés par une dynamique de perturbations à petites échelles, ne sont pas en équilibre. La dynamique de trouées est différente selon la composition végétale des peuplements. Les pessières ont tendance à moins se refermer que les sapinières. Le régime de trouées et sa variabilité observée selon la composition végétale devraient guider les pratiques sylvicoles pour préserver les attributs et la biodiversité des forêts anciennes. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Forêt boréale, Forêts anciennes, Tordeuse des bourgeons de l'épinette, Équilibre dynamique, Dynamique de trouées, Côte-Nord.

Lorsque le feu longtemps considéré comme principale perturbation en forêt boréale, voit sa prévalence diminuer avec la pluviométrie, la dynamique forestière est contrôlée par d'autres types de perturbations comme les trouées, très fréquentes, dans les vieux peuplements. Surtout étudiées à l'échelle des peuplements, leur impact sur des unités régionales aujourd'hui encore mal connu, nécessite plus d'étude et surtout sur des intervalles de temps assez large pour en observer les effets. La dynamique de trouées est aujourd'hui reconnue pour les vieux peuplements dans de nombreux écosystèmes, mais encore très peu étudiées en forêt boréale. L'objectif de notre étude est de caractériser ces dernières, à une échelle régionale, dans des peuplements d'épinettes noires matures et âgés de la pessière à mousses en forêt boréale au Québec. Le premier chapitre est une revue littérature des perturbations naturelles supposées être à l'origine de trouées, des relations entre la dynamique de trouées et les vielles forêts. Le deuxième chapitre définit les caractéristiques des trouées et parle des implications en termes d'aménagement. Le principe de travail est basé sur la comparaison de l'évolution des trouées en superficie sur trente ans. Toutes les trouées ont été échantillonnées sur des photographies aériennes, dans des peuplements d'épinette en fonction de la localisation est ou ouest, de l'âge et du type de dépôts. Excepté dans les peuplements matures de la pessière de l'ouest sur dépôts organiques, les trouées de superficie supérieure à 500 m² sont les plus nombreuses et occupent les plus grandes superficies en trouées. Au cours du temps, les peuplements âgés sur tills de la pessière de l'est se sont le plus ouvert. Un rapport entre le taux d'ouverture et le taux de fermeture de 0.86 à l'ouest et de 0.41 à l'est, montrent que les peuplements de l'ouest se renouvellent plus rapidement qu'à l'est. Les caractéristiques des trouées observées sont certainement des données à prendre en compte par les études qui suggèrent une fermeture de la forêt boréale au Québec. Aussi, pourrait-on mieux les intégrer dans les pratiques sylvicoles destinées à préserver la diversité biologique des forêts anciennes, en appliquant un taux de CPRS en fonction de l'estimation de la quantité de tiges de plus de 90 ans. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Forêt boréale, Dynamique de trouées, Paysage, Vieilles forêts, Échelle temporelle.

Depuis l'adoption en 2001 d'une nouvelle loi sur les forêts souscrivant aux principes de développement durable, le maintien de la biodiversité est devenu un enjeu de poids pour l'aménagement forestier au Québec. Pour atteindre cet objectif, certains auteurs suggèrent de conserver les cavités qui constituent une ressource faunique importante autour de laquelle interagissent les pics, certains oiseaux forestiers et d'autres petits mammifères tels que le Grand Polatouche (Glaucomys sabrinus). Ce dernier est un rongeur arboricole nocturne qui utilise les cavités comme refuge diurne et site de mise bas, et pour lequel l'utilisation de l'habitat est peu connue en forêt boréale de l'est du Canada. Puisque les cavités sont souvent peu disponibles en forêt boréale et qu'elles pourraient offrir une isolation thermique supérieure à celle d'autres types de nids, les cavités ont le potentiel de limiter la présence du Grand Polatouche dans un climat rigoureux. L'objectif de cette étude était de déterminer si les cavités affectent l'utilisation de l'habitat par le Grand Polatouche et de décrire les caractéristiques des nids utilisés en période hivernale. En forêt boréale, puisque la majorité des cavités sont excavées dans le Peuplier faux-tremble (Populus tremuloides), nos hypothèses étaient que le Grand Polatouche utiliserait les forêts matures de feuillus et qu'il éviterait les milieux ouverts qui nuisent à sa dispersion. Aussi, le Grand Polatouche occuperait les sites avec une plus grande disponibilité de cavités et il préfèrerait les cavités comme refuge en période froide. Nous avons déterminé les facteurs d'habitat qui influençaient l'occupation de site et les facteurs climatiques qui affectaient la probabilité de détection de l'espèce à différentes échelles spatiales. D'abord, nous avons visité 149 paires de nichoirs à l'hiver 2008 et utilisé un SIG pour extraire des variables de composition du paysage à partir des cartes écoforestières. Ensuite, nous avons piégé 59 sites feuillus représentant un gradient de disponibilité de cavités à l'automne 2008 et échantillonné ces peuplements pour quantifier les variables d'habitat susceptibles d'influencer l'occupation de site par le Grand Polatouche. Finalement, 46 individus parmi les 85 individus capturés ont été suivis par télémétrie entre septembre 2008 et juin 2009 afin d'identifier leurs refuges diurnes, et de tester l'effet de la température sur leur sélection. Les résultats supportent partiellement nos hypothèses. À l'échelle du paysage, le Grand Polatouche évite les forêts de conifères et ne semble pas être influencé par la proportion de forêt mature ou de milieux ouverts. De plus, à l'échelle du peuplement, il a été détecté dans 58% des sites échantillonnés dominés par le Peuplier faux-tremble. Par contre, la disponibilité de cavités n'influence pas l'occupation de sites par le Grand Polatouche. À l'échelle du nid, les localisations télémétriques montrent qu'en période hivernale les femelles utilisent principalement les nids au sol (44%) alors que les mâles semblent sélectionner surtout les nids externes (57%). Lorsque la température diminue, les femelles comme les mâles évitent les cavités, leur préférant respectivement les nids au sol et les nids externes. Les résultats confirment que les forêts de feuillus sont importantes pour le Grand Polatouche en forêt boréale de l'est du Canada. De plus, bien que les cavités soient utilisées par le Grand Polatouche, celles-ci ne semblent pas représenter un facteur limitant l'espèce en période froide. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Glaucomys sabrinus, nid, climat froid, télémétrie et occupation de site.

La disponibilité des arbres à cavités joue un rôle important dans le maintien de la biodiversité des écosystèmes forestiers. L'objectif général de ce projet est d'apporter de nouvelles connaissances portant sur la dynamique de la faune cavicole le long d'un gradient d'âge en forêt boréale mixte. Cette dynamique a été caractérisée par une étude de sélection d'arbres de nidification par les oiseaux excavateurs et par une analyse de réseaux d'utilisateurs de cavités. Entre 2003 et 2010, 12 placettes de 24 à 40 hectares, distribuées sur un gradient d'âge de peuplements (61 à 245 ans depuis le dernier feu), ont été inventoriées dans la Forêt d'Enseignement et de Recherche du Lac Duparquet (FERLD) en Abitibi. À l'aide de modèles mixtes généralisés, nous montrons d'abord que, tout au long du gradient d'âge, les espèces excavatrices sélectionnent préférentiellement des peupliers faux-trembles (Populus tremuloides) de grand diamètre morts ou sénescents. Globalement, cette essence héberge 95 % des cavités de nidification, malgré une disponibilité qui diminue fortement le long du gradient de couverts forestiers qui s'étend d'une forêt dominée par le peuplier faux-tremble aux forêts mixtes et de conifères. Nous présentons ensuite les réseaux d'utilisateurs de cavités pour différents stades de composition forestières. Ceux-ci sont composés de 5 excavateurs primaires (pics), deux excavateurs faibles (sittelles et mésanges) et 7 utilisateurs secondaires (canards, oiseaux de proie, écureuils). Malgré une baisse d'abondance de cavités de nidification, le réseau des vieilles forêts (>180 ans) présente un degré de complexité plus élevée que celui des forêts matures à âgées (61 à 180 ans) en raison, entre autres, d'une plus grande diversité d'essences utilisées comme arbres à cavités. Dans les deux réseaux, les utilisateurs secondaires ont des liens forts avec des excavateurs spécifiques. Le Grand Pic (Dryocopus pileatus) est désigné espèce « clé de voûte » étant donné l'importance disproportionnée de ses cavités pour les utilisateurs secondaires de forte taille. Le Pic maculé (Sphyrapicus varius) représente l'excavateur le plus abondant. Enfin, les peupliers faux-trembles de grand diamètre couvrant une large gamme d'états de dégradation constituent l'essence clé nécessaire au maintien des communautés cavicoles le long du gradient d'âge et de couverts forestier, allant des forêts matures décidues aux forêts conifériennes anciennes. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Réseaux d'utilisateurs de cavités, forêt boréale mixte, sélection d'arbre de nidification, peuplier faux tremble, pics

La présente étude avait pour objectif principal d'examiner la validité des tables de rendement dans la prédiction de l'évolution de la hauteur dominante des peuplements mixtes situés dans la région du Lac Duparquet (Abitibi-Témiscaminque, Québec). Plus précisément, nous avons d'abord mesuré la hauteur de la canopée pour la période 1945 à 2003 à partir de modèles numériques de surface (MNS) et de modèle numérique de terrain (MNT) photo-lidar pour ensuite les comparer avec les valeurs prédites par les modèles de Pothier et Savard (1998). Notre étude envisageait également une analyse des facteurs environnementaux qui pourraient affecter le développement des peuplements mixtes et en conséquence, engendrer un biais dans la prédiction de la croissance de la hauteur de ceux-ci. Nous avons réussi à reproduire avec succès les procédures de télédétection, puisque nous avons observé une précision sub-métrique pour les mesures altimétriques des MNS de 1965 et 1983 (0.67 m et 0.60 m respectivement) et une précision d'environ 1.65 m pour 1945. L'erreur quadratique de la hauteur dominante calibrée varie entre 57 cm et 2.12 m et le biais moyen absolu est entre 36 cm à 1.8 m. À partir de l'analyse des changements de la hauteur dominante entre 1945 et 2003, nous avons constaté que les modèles proposés dans Pothier et Savard (1998) prédisent la hauteur dominante avec une grande acuité pour l'ensemble des peuplements étudiés, à l'exception des peuplements mixtes dominés par les résineux. Les erreurs de prédictions étaient en dessous de 10 % pour les peuplements purs (PF : biais = 1.32% (0.27 m), RMSE = 6.61 % (1.36 m); PR : biais = 3.08 % (0,37 m), RMSE : 5.17 % (0.62 m)), et ce, pour les peuplements de dominance feuillue ou résineuse. Pour les peuplements mixtes, cependant, nous avons observé que le modèle a tendance à sous-estimer la hauteur dominante, notamment pour les résineux (MF : biais = -4.67 % (-0.86 m), RMSE = 1l.38 % (2.11 m); MR : biais: -11.92 % (-1.74 m), RMSE: 20.77 % (3.03 m)). Lorsque nous avons analysé le biais de prédiction en utilisant les variables environnementales, nous avons constaté que trois variables ont contribué de manière significative à la prédiction de l'erreur : le nombre d'essences dans la placette, la tolérance à l'ombre de l'essence dominante, ainsi que le temps depuis la dernière perturbation. Ainsi, le problème dans l'estimation de l'évolution de peuplements mixtes résineux semble être lié à de nombreux facteurs qui vont du trait fonctionnel de l'essence dominante (le sapin baumier est tolérant à l'ombre), à la dynamique du peuplement (âge, nombre d'essences, stabilité de la cohorte dominante, effet de la TBE). ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : forêt boréale mixte, modèles de croissance, hauteur dominante, photogrammétrie, altimétrie laser

Le point de départ d'un peuplement est normalement une perturbation majeure qui détruit la végétation présente sur un site. Cela permet la colonisation par une nouvelle cohorte. Cependant, en forêt feuillue tempérée, le renouvellement des arbres s'effectue principalement par les processus de formation et de fermeture de trouées. Cela a un effet structurant sur les peuplements d'âge mur. À l'échelle du paysage, les caractéristiques spatiales et temporelles du régime des trouées expliquent comment et à quelle vitesse la forêt se régénère. Deux types de trouées peuvent être distingués sur la base de leurs caractéristiques. Les trouées biotiques sont formées par la mort d'un ou plusieurs arbres. Elles se referment par la croissance des arbres en bordure ou sont comblées par la croissance de la régénération. Les ouvertures édaphiques sont dues à la présence de facteurs qui limitent ou empêchent l'établissement et la croissance d'arbres. Elles ne sont habituellement pas incluses dans les recherches sur les trouées qui utilisent les méthodes traditionnelles d'échantillonnage, puisqu'elles ne contribuent pas directement au régime des trouées. L'objectif de ce projet de recherche est de mesurer certaines propriétés du régime de trouées de la forêt feuillue tempérée par télédétection Lidar, ce qui n'a jamais été réalisé au Québec. En premier lieu, nous avons tenté une méthode novatrice, soit la prédiction de l'âge des trouées à partir de la structure des bosquets composés d'arbres en régénération mesurée par Lidar. Notre hypothèse est que cette structure dépend du temps écoulé depuis l'ouverture de la canopée. Cependant, nos résultats montrent une relation faible entre la structure et l'âge des trouées. La structure des bosquets d'arbres serait plutôt liée à leur historique de perturbations. Nous avons aussi essayé de créer un modèle statistique capable de distinguer les trouées biotiques des ouvertures édaphiques à partir de données Lidar, ce qui n'a jamais été tenté. Les résultats du modèle montrent que 19,5% de la surface totale en trouées est constituée d'ouvertures édaphiques. Elles occupent 1,37% des sites étudiés. Les trouées biotiques représentent 80,5% de la surface totale des trouées, et couvrent 5,71% des sites à l'étude. Ces résultats indiquent une plus faible proportion des sites en trouées que ce que la littérature rapporte pour la forêt feuillue tempérée. Ces résultats pourraient être pris en compte pour l'aménagement écosystémique. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : trouées, lidar, ouvertures édaphiques, régime des trouées.

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. ______________________________________________________________________________