Il a été montré que les oiseaux forestiers sont affectés par leur environnement local, mais également par les caractéristiques du paysage environnant. Ainsi, la structure des communautés des peuplements résiduels de milieux agroforestiers fortement fragmentés peut être altérée par rapport à celles de paysages moins fragmentés. Dans ces milieux, la prédation et le parasitisme par le Vacher à tête brune (Molathrus ater) peuvent également affecter le succès de reproduction des oiseaux forestiers des peuplements résiduels. Dans le contexte de paysages forestiers aménagés à des fins de foresterie, il est ainsi possible que la perte d'habitat et la fragmentation influencent également la structure des communautés aviaires ainsi que leur reproduction. Or, les effets de ces deux phénomènes ont jusqu'à maintenant été moins documentés que dans les territoires forestiers modifiés par l'agriculture ou le développement urbain. Le premier chapitre de ce mémoire analyse la structure et la composition des communautés d'oiseaux dans les habitats résiduels de territoires aménagés, en forêt boréale mixte de la Haute-Mauricie, Québec, Canada. Le deuxième chapitre porte une attention particulière sur l'occupation d'habitat et l'activité reproductrice d'une espèce associée aux forêts matures, le Roitelet à couronne dorée (Regulus satrapa). L'objectif est de vérifier les effets des conditions locales et du contexte du paysage sur la composition des communautés aviaires des peuplements résiduels ainsi que sur la densité de territoires, l'activité reproductrice et le succès de nidification des Roitelets à couronne dorée. Entre 2006 et 2009, des points d'écoute et de la repasse de chants ont permis de répertorier plus de 86 espèces dans 72 stations d'échantillonnage. De plus, le succès d'appariement et d'envol des juvéniles de 59 territoires de Roitelets, distribués dans 14 peuplements résiduels, ont été mesurés à l'aide de la cartographie des territoires et un suivi intensif des groupes familiaux en 2009. Pour les deux études, les données ont été récoltées dans des peuplements résiduels caractérisés par une végétation mature à dominance résineuse et enclavées dans des aires de régénération d'âges variables. Ainsi, certains paysages (1 km de rayon) étaient très jeunes (< 13 % de forêts matures) et d'autres étaient principalement composés de forêts matures (> 78 % de la superficie). L'étude montre que la perte d'habitat mature à l'échelle du paysage ne semble pas affecter significativement les assemblages d'oiseaux des peuplements résiduels, ni la reproduction d'une espèce associée aux forêts matures, le Roitelet à couronne dorée. En effet, la structure des communautés et le succès de reproduction des Roitelets étaient peu variables, peu importe le degré de perte et de fragmentation de l'habitat à l'échelle du paysage. Nous interprétons ce résultat étonnant au fait que la matrice forestière est dominée par de la jeune forêt (7 -12 m) qui constitue un milieu qui est vraisemblablement peu hostile aux mouvements des oiseaux forestiers, et ce, malgré le fait qu'il ne subsiste que 10 % du territoire en forêts résineuses matures. Nos résultats indiquent donc que les populations d'oiseaux des forêts matures persistent dans ces environnements fortement fragmentés par la coupe. Cette tolérance à la coupe pourrait être associée aux patrons de coupes en Haute-Mauricie qui, à l'échelle régionale, maintiennent un couvert forestier plus hétérogène (assiettes de coupes plus petites et habitats matures et âgés mieux répartis dans le paysage) que dans d'autres régions aménagées de la forêt commerciale du Québec où les agglomérations de coupes se juxtaposent sur des milliers de kilomètres carrés. Les habitats résiduels des territoires aménagés en Haute-Mauricie semblent donc avoir une capacité élevée à être utilisés comme habitats-refuges par l'avifaune des forêts matures et âgées. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Oiseaux, perte d'habitat, fragmentation, forêt boréale, paysage aménagé, peuplement résiduel, communautés, succès de reproduction.

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.

La modification des attributs forestiers et des composantes structurales tel les débris ligneux grossiers lors des activités de récolte forestière peut entraîner la disparition des espèces qui leur sont associées. En effet, une part importante de la biodiversité des écosystèmes boréaux est associée aux débris ligneux grossiers (arthropodes, champignons, bactéries, micro-mammifères et végétaux). De par leur grande sensibilité aux modifications environnementales (ensoleillement, température de l'air, nombre de débris ligneux grossiers), les bryophytes sont de bons indicateurs de ces changements. On désigne épixylique une bryophyte dont le substrat de prédilection est le bois en décomposition. Celles-ci peuvent donc être utilisées pour évaluer la disponibilité et la qualité des débris ligneux grossiers. Trois niveaux de perturbation (reflétant un gradient d'impact des activités forestières) sont utilisés pour observer la réponse des épixyliques : un témoin non perturbé, une coupe adaptée avec maintien du couvert (CAMC) et une coupe totale. L'objectif de cette étude est de voir si la coupe avec maintien du couvert pourrait maintenir une riche communauté d'épixyliques. Cette technique de récolte pourrait atténuer les changements environnementaux, notamment la destruction des débris ligneux grossiers. Les hypothèses sont : 1) les caractéristiques des débris ligneux grossiers sont corrélées avec le gradient de sévérité des traitements; 2) l'ouverture de la canopée et la température ambiante au niveau du débris ligneux grossiers sont plus élevées après la récolte et corrélées avec le gradient; 3) ces changements entrainent des différences dans la communauté des bryophytes le long du gradient. Au total, 225 débris ligneux grossiers distribués dans 45 parcelles permanentes (appartenant au dispositif du RECPA) ont été sondés pour évaluer leurs caractéristiques ainsi que pour procéder à l'inventaire des bryophytes. Les résultats de la sélection de modèles montrent que le traitement n'affecte pas directement la richesse des épixyliques, mais plutôt agit sur trois facteurs qui en retour affectent la richesse des épixyliques : l'ouverture de la canopée, le diamètre moyen et la classe de décomposition. Les habitats peu ouverts présentant de gros débris ligneux grossiers bien décomposés ont ainsi montré une richesse spécifique supérieure. Le fait que la majorité des épixyliques furent retrouvées plus communément au sol que sur les débris ligneux grossiers était inattendu. Les conclusions de cette étude démontrent que la coupe adaptée avec maintien du couvert offre le microclimat et une disponibilité de débris ligneux grossiers de qualité plus propice à la colonisation par les épixyliques. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Bryophytes épixyliques, débris ligneux grossiers, épinette noire, paludification, aménagement écosystémique

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.

Depuis les années 1990, l'étude de la perception du public sur les forêts et l'aménagement forestier fait l'objet d'un intérêt croissant qui se reflète par une attention accrue sur l'aménagement durable des forêts (ADF). Puisque l'ADF vise à intégrer les diverses valeurs écologiques, économiques et sociales, l'acceptabilité sociale devient un préalable essentiel à sa réalisation. Afin d'évaluer l'acceptabilité sociale, il est important d'avoir des informations sur les perceptions locales et leur distribution entre les groupes. Jusqu'à présent, il n'existe pas de théorie ou de modèle conceptuel qui explique les interactions entre la forêt, l'individu, incluant son milieu social et culturel, ainsi que la politique et l'aménagement forestier. Pour illustrer ces interactions, le concept de modèle culturel est introduit et utilisé pour créer un modèle conceptuel fournissant un cadre théorique permettant les comparaisons entre les régions. Ce modèle conceptuel facilite aussi le lien entre l'utilisation actuelle et historique des forêts et les perceptions. Le cadre théorique explique aussi la qualité non-statique des modèles culturels sur les forêts et décrit la façon dont ils sont changés ou renforcés par de nouvelles expériences forestières ou par le discours public. L'introduction d'informations additionnelles sur les forêts et leur aménagement devrait ainsi influencer les modèles culturels des gens et leurs perceptions des forêts. Basée sur le cadre théorique décrit au-dessus, cette dissertation a comme but de mieux comprendre l'effet des conditions locales et de l'introduction de nouvelles informations sur les perceptions reliées à l'ADF. La question des conditions locales est approchée en étudiant les valeurs forestières, les attitudes par rapport à l'aménagement forestier et les préférences des groupes d'intérêt provenant de trois régions boréales concernant l'ADF. Les régions étudiées diffèrent dans leur utilisation actuelle et historique des forêts. L'effet de l'introduction de nouvelles informations est étudié en mesurant les valeurs forestières, les attitudes face à l'aménagement forestier et les préférences touchant l'ADF avant et après la présentation des résultats de simulations illustrant les effets probables des scénarios alternatifs à long terme et à grande échelle. Les régions étudiées, le sud-est de la Finlande, le centre du Québec et le centre du Labrador, accordent, respectivement, une grande, moyenne et basse importance à la foresterie industrielle. L'importance de la foresterie industrielle est utilisée comme indice permettant de décrire le gradient de l'utilisation actuelle et historique dans les trois régions. Les participants à cette étude, 252 personnes au total, représentent des groupes environnementaux, des utilisateurs des produits forestiers non ligneux, des groupes autochtones, des propriétaires de forêts privées et des professionnels forestiers des trois régions étudiées. Les résultats démontrent des variations dans la priorité accordée aux composantes environnementales et économiques menant à la durabilité ainsi qu'à quelques attributs de l'ADF en fonction de l'importance de la foresterie industrielle. Le résultat le plus intéressant montre que les différences entre les groupes s'accentuent pour plusieurs aspects lorsque l'importance de la foresterie industrielle augmente. Les tendances observées reflètent, entre autres, l'influence de l'utilisation actuelle et historique des forêts sur les perceptions face à l'aménagement durable des forêts. Des différences ainsi que des similarités ont été détectées entre les groupes d'intérêt entre les régions et au sein même des régions. Les différences les plus grandes entre les régions se trouveraient dans les perceptions des professionnels forestiers. Par contre, les environnementalistes ont des perceptions relativement similaires dans les trois régions. Les perceptions des groupes d'intérêt devraient être influencées par les conditions locales, incluant l'utilisation caractéristique de la forêt, ainsi que par des questions partagées par les groupes similaires des différentes régions, comme l'agenda global des environnementalistes, l'éducation technique des professionnels forestiers ou l'expérience des chasseurs dans la forêt. Après avoir montré aux participants les résultats des simulations forestières à long terme et à grande échelle, nous observons aussi quelques changements significatifs au niveau des valeurs et des attitudes, mais aucun changement des préférences. Le changement le plus commun est la formation des opinions. Les participants ont aussi signalé qu'ils ont appris durant la présentation. Autant les professionnels forestiers que les autres utilisateurs des forêts ont fait des apprentissages, mais à des niveaux différents. Cette observation reflète des différences qualitatives entre les connaissances techniques et les connaissances locales. Le fait qu'il n'y a pas de changements significatifs des préférences peut être expliqué par le contexte de balancement des divers attributs sous-jacent aux expériences de choix. Il est aussi possible que les préférences soient plus stables que les valeurs et les attitudes. Quelques groupes d'intérêt étudiés ont signalé qu'ils préfèrent le changement de régime forestier. Des perceptions conflictuelles entre groupes ont aussi été détectées spécialement dans la région de grande importance de la foresterie industrielle, le sud-est de la Finlande. Des opinions conflictuelles peuvent possiblement être réconciliées par l'utilisation d'approches innovatrices comme le commerce des valeurs de conservation ou l'approche de zonage TRIADE. La présentation des résultats de simulations illustrant les effets des scénarios alternatifs à long terme et à grande échelle est une manière efficace pour améliorer la compréhension entre les professionnels forestiers et les autres utilisateurs des forêts. La communication répétée des résultats de simulations et l'opportunité de les commenter et de discuter durant le processus de modélisation améliore la qualité des modèles développés ainsi que la profondeur de la compréhension des participants. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Aménagement forestier durable, Aspects sociaux de la foresterie, Interactions nature-homme, Modèles culturels, Attitude, Valeur, Préférence, Comparaison régional, Mesure de changement, Changement de préférence, Simulations forestiers.

Les perturbations naturelles sont des processus fondamentaux qui produisent des changements dans les écosystèmes forestiers. Les changements spatio-temporels dans l'assemblage des communautés forestières et les réponses individuelles des espèces aux perturbations naturelles dans des peuplements de Abies balsamea-Betula spp. ont été examinés. Je me suis intéressé à: (a) décrire la diversité et l'abondance des espèces après des perturbations de sévérité modérée, et les principaux facteurs qui affectent les réponses, (b) comparer la diversité et l'abondance des espèces au sein de trois régions distinctes, au niveau physiographique, à travers la zone boréale mixte, (c) examiner la diversité et l'abondance des espèces par rapport aux différents niveaux de mortalité causés par des perturbations naturelles (les trouées de canopée, les perturbations de sévérité modérée, le feu catastrophique), et (d) déterminer la variation des intervalles de retour pour les diverses perturbations représentant les composantes principales du régime de perturbations naturelles à travers la zone de forêt boréale mixte du Québec, Canada (à noter que cette section est dans l'Annexe 1). Les ordinations canoniques, les indices de diversité et les modèles univariés furent les principaux outils analytiques utilisés pour examiner les réponses de la végétation. Les facteurs écologiques comme la composition du peuplement avant la perturbation et la densité de débris ligneux grossiers ont fortement influencé la diversité et l'abondance de la végétation à la suite de perturbations de sévérité modérée, alors que les types de perturbations n'ont eu que des impacts mineurs sur les patrons. Différentes séries de facteurs ont déterminé la diversité et l'abondance de la végétation ligneuse après perturbation à travers la zone de forêt boréale mixte, avec l'importance d'un facteur particulier dépendant des caractéristiques spécifiques de l'habitat local. La composition du peuplement avant perturbation et la densité de débris ligneux grossiers furent les seuls facteurs affectant fortement la diversité et l'abondance dans tous les emplacements examinés. La variation dans la diversité alpha (α), gamma (S), et bêta (β) a été observée à travers la région. Shannon's H était le plus haut le long de la Côte Nord et le plus bas dans la Péninsule Gaspésienne. Les valeurs de evenness (J) indiquent que la variation dans les abondances relatives des espèces d'arbres de la canopée était plus grande le long de la Côte Nord par rapport à la Péninsule Gaspésienne. Les sites trouvé en Temiskaming-Abitibi ont eu des valeurs intermédiaires pour H et J. Pourtant, malgré des différences physiographiques considérables à travers la région, des patrons de régénération similaires ont été observés partout, avec les peuplements convergeant généralement vers la prédominance de résineux à la suite de perturbations de sévérité modérée. Les trouées de canopée et les perturbations de sévérité modérée n'ont pas changé le cours de la succession, tandis que les feux catastrophiques ont modifié substantiellement la communauté végétale, les espèces de début de succession intolérantes à l'ombre devenant dominantes. La densité et la diversité des espèces d'arbres et arbustes de sous-étage, mi-tolérantes et intolérantes à l'ombre ont augmenté alors que la mortalité augmentait. Les estimations de richesse d'espèces les plus élevées furent observées suite aux feux catastrophiques, plusieurs des espèces s'établissant exclusivement sous ces conditions. L'abondance relative de la régénération d'arbres de la canopée fut la plus similaire suite à des trouées de canopée et des perturbations de sévérité modérée. Au niveau de la communauté d'arbustes et d'arbres de sous-étage, les abondances relatives des espèces ont été les plus similaires suite à des perturbations de sévérité modérée et des feux catastrophiques. Les réponses de la végétation aux perturbations de sévérité modérée ont donc eu des traits communs avec les deux extrêmes du gradient de mortalité causé par des perturbations naturelles, mais pour des strates de régénération différentes. Ainsi, un changement graduel et linéaire dans les abondances relatives d'espèces; c.-à-d., de tolérant à intolérant à l'ombre avec des niveaux de mortalité croissants, n'a pas été observé. On a plutôt remarqué des seuils où des changements soudains et importants dans la composition de la communauté sont arrivés, les limites de ces changements étant dépendants de la strate de végétation en question. Les intervalles de retour estimés pour des trouées de canopée, des perturbations de sévérité modérée et des feux catastrophiques furent respectivement de 30,39, et entre 170 et 250 ans. Pour la tordeuse des bourgeons d'épinette et le chablis total, ceux-ci furent respectivement de 40 et 17 000 ans. L'agrégation spatiale des divers types de perturbations a été observée, certains secteurs étant plus enclins à l'apparition d'épidémies de tordeuse des bourgeons d'épinette ou au chablis total. L'émergence d'épidémies de tordeuse des bourgeons d'épinette fut dépendante de la densité de sapin baumier présente. Les chablis totaux ont eu tendance à arriver près des secteurs plats et dépressions présents à proximité des lacs dans les emplacements continentaux, alors que les chablis des emplacements côtiers ont plutôt été associés avec les conditions de haut de pente. Les patrons et processus spatio-temporels de perturbations naturelles dans les forêts boréales mixtes d'Abies balsamea-Betula spp. sont conformes à un régime de perturbations caractérisé par des événements fréquents et partiels et des événements rares et catastrophiques. Dès lors, la prédominance de conditions associées aux forêts de fin de succession à travers le paysage est favorisée. Le régime actuel de perturbations diffère nettement des modèles historiques des 400 dernières années, caractérisés par la prédominance des feux catastrophiques comme types de perturbations. L'augmentation prévue des intervalles de temps entre feux catastrophiques peut ainsi mener à une diversité de végétation réduite dans le système. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Dynamique de perturbations naturelles, Trouées de canopée, Perturbations de sévérité modérée, Tordeuse des bourgeons d'épinette, Chablis total, Feu catastrophique, Diversité et abondance de la végétation ligneuse, Intervalles de retour, Forêt boréale mixte de Abies balsamea-Betula spp.

La forêt boréale, seconde aire biotique terrestre sur Terre, est actuellement considérée comme un réservoir important de carbone pour l'atmosphère. Les modèles basés sur le processus des écosystèmes terrestres jouent un rôle important dans l'écologie terrestre et dans la gestion des ressources naturelles. Cette thèse examine le développement, la validation et l'application aux pratiques de gestion des forêts d'un tel modèle. Tout d'abord, le module récemment développé d'échange du carbone TRIPLEX-Flux (avec des intervalles de temps d'une demi heure) est utilisé pour simuler les échanges de carbone des écosystèmes d'une forêt au peuplement boréal et mixte de 75 ans dans le nord est de l'Ontario, d'une forêt avec un peuplement d'épinette noire de 110 ans localisée dans le sud de Saskatchewan, et d'une forêt avec un peuplement d'épinette noire de 160 ans située au nord du Manitoba au Canada. Les résultats des échanges nets de l'écosystème (ENE) simulés par TRIPLEX-Flux sur l'année 2004 sont comparés à ceux mesurés par les "tours de mesures de covariance des turbulences" et montrent une bonne correspondance générale entre les simulations du modèle et les observations de terrain. Le coefficient de détermination moyen (R2) est approximativement de 0.77 pour le peuplement mixte boréal, et de 0.62 et 0.65 pour les deux forêts d'épinette noire situées au centre du Canada. Le modèle est capable d'intégrer les variations diurnes de l'échange net de l'écosystème (ENE) de la période de pousse (de mai à août) de 2004 sur les trois sites. Le peuplement boréal mixte ainsi que les peuplements d'épinette noire agissaient tous deux comme des réservoirs de carbone pour l'atmosphère durant la période de pousse de 2004. Cependant le peuplement boréal mixte montre une plus grande productivité de l'écosystème, un plus grand piégeage du carbone ainsi qu'un meilleur taux de carbone utilisé comparé aux peuplements d'épinette noire. L'analyse de la sensibilité a mis en évidence une différence de sensibilité entre le matin et le milieu de journée, ainsi qu'entre une concentration habituelle et une concentration doublée de CO2. De plus, la comparaison de différents algorithmes pour calculer la conductance stomatale a montré que la production nette de l'écosystème (PNE) modélisée, utilisant une itération d'algorithme est conforme avec les résultats utilisant des rapports Ci/Ca constants de 0.74 et de 0.81 respectivement pour les concentrations courantes et doublées de CO2. Une variation des paramètres et des données variables de plus ou moins 10% a entrainé, respectivement pour les concentrations courantes et doublées de CO2, une réponse du modèle inférieure ou égale à 27.6% et à 27.4%. La plupart des paramètres sont plus sensibles en milieu de journée que le matin excepté pour ceux en lien avec la température de l'air, ce qui suggère que la température a des effets considérables sur la sensibilité du modèle pour ces paramètres/variables. L'effet de la température de l'air était plus important dans une atmosphère dont la concentration de CO2 était doublée. En revanche, la sensibilité du modèle au CO2 qui diminuait lorsque la concentration de CO2 était doublée. Sachant que, les incertitudes de prédiction des modèles proviennent majoritairement des hétérogénéités spatio-temporelles au cœur des écosystèmes terrestres, à la suite du développement du modèle et de l'analyse de sa sensibilité, sept sites forestiers à tour de mesures de flux (comportant trois forêts à feuilles caduques, trois forêts tempérées à feuillage persistant et une forêt boréale à feuillage persistant) ont été sélectionnés pour faciliter la compréhension des variations mensuelles des paramètres du modèle. La méthode de Monte Carlo par Markov Chain (MCMC) à été appliquée pour estimer les paramètres clefs de la sensibilité dans le modèle basé sur le processus de l'écosystème, TRIPLEX-Flux. Les quatre paramètres clefs sélectionnés comportent: un taux maximum de carboxylation photosynthétique à 25°C (Vmax), un taux du transport d'un électron (Jmax) saturé en lumière lors du cycle photosynthétique de réduction du carbone, un coefficient de conductance stomatale (m), et un taux de référence de respiration à 10°C (R10). Les mesures de covariance des flux turbulents du CO2 échangé ont été assimilées afin d'optimiser les paramètres pour tous les mois de l'année 2006. Après que l'optimisation et l'ajustement des paramètres ait été réalisée, la prédiction de la production nette de l'écosystème s'est améliorée significativement (d'environ 25%) en comparaison avec les mesures de flux de CO2 réalisés sur les sept sites d'écosystèmes forestiers. Les résultats suggèrent, dans le respect des paramètres sélectionnés, qu'une variabilité plus importante se produit dans les forêts à feuilles larges que dans les forêts d'arbres à aiguilles. De plus, les résultats montrent que l'approche par la fusion des données du modèle incorporant la méthode MCMC peut être utilisée pour estimer les paramètres basés sur les mesures de flux, et que des paramètres saisonniers optimisés peuvent considérablement améliorer la précision d'un modèle d'écosystème lors de la simulation de sa productivité nette et cela pour différents écosystèmes forestiers situés à travers l'Amérique du Nord. Finalement, quelques uns de ces paramètres et algorithmes testés ont été utilisés pour mettre à jour l'ancienne version de TRIPLEX comportant des intervalles de temps mensuels. En outre, le volume d'un peuplement et la quantité de carbone de la biomasse au dessus du sol des forêts d'épinette noire au Québec sont simulés en relation avec un peuplement des âges, cela à des fins de gestion forestière. Ce modèle a été validé en utilisant à la fois une tour de mesure de flux et des données d'un inventaire forestier. Les simulations se sont avérées réussies. Les corrélations entre les données observées et les données simulées (R2) étaient de 0.94, 0.93 et 0.71 respectivement pour le diamètre à l.3 m, la moyenne de la hauteur du peuplement et la productivité nette de l'écosystème. En se basant sur les résultats à long terme de la simulation, il est possible de déterminer l'âge de maturité du carbone du peuplement considéré comme prenant place à l'époque où le peuplement de la forêt prélève le maximum de carbone, avant que la récolte finale ne soit réalisée. Après avoir comparé l'âge de maturité du volume des peuplements considérés (d'environ 65 ans) et l'âge de maturité du carbone des peuplements considérés (d'environ 85 ans), les résultats suggèrent que la récolte d'un même peuplement à son âge de maturité de volume est prématuré. Décaler la récolte d'environ vingt ans et permettre au peuplement considéré d'atteindre l'âge auquel sa maturité du carbone prend place, mènera à la formation d'un réservoir potentiellement important de carbone. Aussi, un nouveau diagramme de la gestion de la densité du carbone du peuplement considéré, basé sur les résultats de la simulation, a été développé pour démontrer quantitativement les relations entre les densités de peuplement, le volume de peuplement et la quantité de carbone de la biomasse au dessus du sol à des stades de développement variés, dans le but d'établir des régimes de gestion de la densité optimaux pour le rendement de volume et le stockage du carbone. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : écosystème forestier, flux de CO2, production nette de l'écosystème, eddy covariance, TRIPLEX-Flux module, validation d'un modèle, Markov Chain Monte Carlo, estimation des paramètres, assimilation des données, maturité du carbone, diagramme de gestion de la densité de peuplement

Les forêts du Bouclier boréal stockent de grandes quantités de carbone (C) sous forme de C organique du sol (COS). Toutefois, l'intégrité de ces stocks de COS est menacée par les changements climatiques, mais aussi par la modification de la composition forestière à l'échelle du paysage. En effet, chaque espèce d'arbre possède des traits fonctionnels différents lui permettant d'avoir une influence singulière sur son environnement et sur des processus comme l'accumulation, le stockage et la libération du COS. L'acquisition de connaissances sur la dynamique du COS en forêt boréale est fondamentale pour prédire et atténuer les conséquences de tels changements. L’objectif de cette thèse était d'explorer l'influence de la composition forestière (1) sur la quantité, la distribution et la qualité du COS et sa stabilité face au réchauffement, (2) sur la répartition du COS dans des fractions physiques de sol qui varient en stabilité, et (3) sur les pertes annuelles de CO2 in situ et les facteurs responsables de la variation entre les types de forêts. Collectivement, les résultats montrent que la composition forestière affecte grandement la dynamique du COS en forêt boréale. L'influence de la composition forestière sur les pertes de CO2 se faisait surtout via des variations dans la température du sol et dans la qualité biochimique du C produit dans les types de forêts étudiées. En général, les forêts contenant du peuplier faux-tremble accumulaient moins de COS en surface que les forêts contenant des conifères (pin gris et épinette noire), mais il y en avait davantage en profondeur, endroit où le C est moins susceptible d'être libéré dans l'atmosphère et donc plus stable. Les forêts contenant du peuplier avaient aussi davantage de COS situé dans les fractions physiques du sol les plus stables, c'est-à-dire celles étroitement associées aux particules minérales. Bien que les forêts d'épinettes noires soient celles qui possédaient la plus grande quantité de COS de surface de tous les types de forêts étudiées, ce COS était le plus sensible à l'augmentation de la température de sorte que sa réponse au réchauffement se traduisait par une libération de CO2 plus élevée. De plus, comme le stock de COS de surface des conifères est en partie liée à un microclimat du sol plus froid induit par le peuplement, la libération du CO2 suite à des perturbations qui ouvriraient le couvert ou en changeraient la composition pourrait être plus importante que dans les forêts de feuillus. En conclusion, les résultats de cette thèse suggèrent que le rajeunissement des forêts et notamment l'augmentation du couvert de peuplier faux-tremble dans le paysage diminuerait la taille des stocks de COS, mais en augmenterait la stabilité. Par ailleurs, les forêts d'épinettes noires, qui possèdent d'importants stocks de COS et qui dominent la forêt boréale canadienne, pourraient perdre de grandes quantités de COS suite au réchauffement du climat ou à une transformation du couvert. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : forêt boréale, composition forestière, séquestration du carbone, matière organique du sol, changements climatiques

Les changements climatiques et ses effets potentiels sur les systèmes environnementaux renforcent la nécessité de stratégies de gestion forestière qui augmentent l'adaptabilité et la capacité de séquestration du carbone (C) forestier. Un modèle qui évalue avec précision les changements dans la productivité des forêts et des stocks de C en réponse aux changements climatiques et la gestion des forêts va nous permettre d'évaluer l'impact des changements globaux sur les forêts. L'objectif de cette thèse était d'améliorer la compréhension de la façon dont les forêts existantes séquestrent une plus grande quantité de C à cause des changements climatiques mondiaux au moyen de stratégies d'aménagement forestier. Tout d'abord, un module de gestion des forêts incluant un modèle (TRIPLEX) basé sur les processus a été développé pour quantifier les effets des pratiques d'aménagement forestier (coupes d'éclaircie et coupes à blanc) sur la croissance des forêts, le rendement du bois et la séquestration du C en réponse à des conditions climatiques pour les forêts de pin gris (Pinus banksiana Lamb.). Ce modèle récemment mis au point (TRIPLEX-Management) a ensuite été utilisé pour étudier les moyens d'accroître la séquestration du C dans les forêts de pin gris en utilisant la gestion des forêts exploitées par l'industrie forestière pour la production de bois à long terme. Pour accroître la crédibilité et l'applicabilité du modèle, il a été validé par rapport à des sources de données multiples (mesures de eddy covariance, de stocks de C et de données de croissance d'arbres) et, par la suite, a été utilisé dans la projection des effets potentiels des changements climatiques et des coupes à blanc sur la dynamique du C de la forêt boréale (Populus tremuloides Michx.) et des forêts de pin gris. Finalement, les relations entre la diversité structurelle et les stocks de C dans les forêts dominées par l'épinette ont été examinées par analyse de corrélation, de régression linéaire multiple et de corrélation partielle. Dans le développement du modèle, la validation de ce dernier a montré que le « TRIPLEX-Management » a été généralement capable de simuler la réponse de croissance aux éclaircies pré-commerciales des peuplements de pins gris. Dans l'analyse des scénarios de gestion forestière, les résultats des simulations ont montré que les rotations courtes (10-20 ans par exemple) pourraient améliorer l'absorption du C et diminuer le risque des changements climatiques sur les forêts de pin gris. Les effets positifs des forêts éclaircies sur la production de bois ont été éliminés par le réchauffement climatique. En outre, un éventuel changement climatique sur la limite sud de la forêt boréale en Amérique du Nord pourrait améliorer le taux de séquestration du C s'il n'y avait pas d'épisodes de sécheresse sévère. Dans les forêts dominées par l'épinette, l'analyse statistique pour 411 placettes-échantillons permanentes a confirmé que la diversité structurelle du peuplement a eu un effet positif significatif sur les stocks de C hors sol, même si la relation était faible dans l'ensemble (les coefficients de corrélation de Spearman sont généralement de l'ordre de 0,319-0,600, P<0,01). En résumé, cette thèse présente une tentative d'améliorer notre compréhension du rôle de la gestion des forêts dans l'atténuation et dans l'adaptation des forêts aux changements climatiques. En conséquence, le raccourcissement de l'âge de rotation peut être nécessaire pour les forêts de trembles et de pins gris dans le but d'augmenter la séquestration du C pour une échelle donnée temporelle, et diminuer le risque des impacts des changements climatiques. Le maintien de la complexité de la composition et de la structure peut aider les forêts à s'adapter aux futures conditions environnementales et à absorber les perturbations (par exemple, les insectes, les maladies, les incendies, ou les sécheresses). Cette thèse a des implications pratiques pour l'utilisation de stratégies d'aménagement forestier pour atténuer les effets des changements climatiques futurs. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : distribution des diamètres, gestion des forêts, gestion du carbone, hypothèse de la complémentarité de niches, indice del Shannon-Wiener, analyse de scénarios, durée de la rotation

La faune et la flore de la forêt boréale du Québec sont adaptées aux perturbations naturelles, plus particulièrement aux feux. L'approche écosystémique s'inspirant des dynamiques naturelles propose un avenir prometteur dans le développement des pratiques sylvicoles durables. Des études qui ont comparé les forêts résiduelles laissées par la récolte à celles laissées par les feux démontrent une différence significative entre la fréquence des îlots résiduels et leur configuration. Des différences qui ont probablement des impacts importants sur la faune et la flore de la région et sur l'approvisionnement en bois. Six scénarios spatiaux avec 100 répétitions ont été simulés avec le logiciel SELES. Parmi ceux-ci, dix répétitions qui ont atteint nos cibles ont été sélectionnés selon différentes tailles (3000 ha, 15000 ha, et 60000 ha), fréquences et configurations pour évaluer leurs impacts sur l'effort d'approvisionnement. De plus, les effets environnementaux basés sur l'indice de qualité d'habitat pour l'Orignal (Alces alces), le lièvre d'Amérique (Lepus americanus) et la martre d'Amérique (Martes americana) ont également été évalués. Les résultats de ce projet permettent de faire des recommandations quant aux effets de la taille et de la proportion de la forêt résiduelle, selon différentes taille de chantiers de récolte, sur les efforts d'approvisionnement en forêt dominée par l'épinette noire. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Épinette noire, aménagement écosystémique, taille des îlots résiduels, effort d'approvisionnement, qualité d'habitat.