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.

L'abondance du bouleau jaune (Betula alleghaniensis) tend à diminuer dans plusieurs forêts décidues aménagées de l'est de l'Amérique du Nord. Le manque de lits de germination adéquats, notamment une faible exposition du sol minéral, expliquerait en partie cette tendance. Bien que le bois mort soit également reconnu comme étant un lit de germination pour l'espèce, son importance pour le maintien des processus de régénération demeure peu documentée. Par exemple, l'impact du l'identité spécifique du bois mort pour l'établissement et la survie du bouleau jaune n'a que rarement été considéré. De plus, la présence occasionnelle d'une régénération préétablie de bouleau jaune sur bois mort et en sous-couvert amène à penser que ces individus auraient une meilleure capacité de tolérance à l'ombre. Cela dit, les traits morphologiques et l'allocation de la biomasse d'individus juvéniles de bouleau jaune occupant des lits de germination contrastés n'ont jamais été comparés. Le premier objectif de cette étude était de caractériser et comparer les patrons d'établissement du bouleau jaune, en lien avec les lits de germination connus comme étant importants pour cette espèce (bois mort avec ou sans mousse, sol minéral). Un échantillonnage aléatoire a ainsi été réalisé à l'intérieur de 4 érablières à bouleau jaune du sud-ouest du Québec, aménagées par coupes de jardinage (6 et 15 ans). Le lit de germination, le microsite, l'espèce de bois mort et la hauteur de chaque individu répertorié ont été identifiés. En second lieu, un échantillonnage destructif d'individus établis sur bois mort (avec ou sans mousse) et sur sol minéral a été réalisé. Un large gradient de taille (15 à 330 cm) et de lumière (3,5 et 50 % de lumière incidente) a été couvert. Les patrons de croissance, la répartition de biomasse dans les différents compartiments de l'arbre et divers traits morphologiques foliaires et racinaires ont ainsi été comparés en fonction du lit de germination. Nos résultats ont montré que le bois mort soutient une plus grande proportion des individus répertoriés comparativement au sol minéral. Le bois mort provenant des conifères et du bouleau jaune lui-même soutenait une plus grande proportion de ces individus. Les individus établis sur le sol minéral étaient majoritairement localisés sur les sentiers de débardage rendant cette cohorte d'individus sujette à être négativement affectée par la réutilisation de ces sentiers lors de coupes subséquentes. Lié à notre second objectif, il ressort que la taille des individus influence fortement la majorité des paramètres estimés alors que le lit de germination n'avait que relativement peu d'effet direct. Par contre, les individus sur bois mort, en produisant significativement plus de racines fines par unité de biomasse et en conservant une taille plus petite sur une plus longue période de temps, sont plus aptes à survivre en sous couvert forestier. Ces variations intraspécifiques permettent d'amoindrir les effets ontogéniques associés avec une augmentation de taille pour certains paramètres importants (LAR, FRMR). Les semis de bouleau jaune sur bois mort peuvent ainsi conserver une plus grande efficience dans la capture des ressources ce qui affecte positivement leur capacité de tolérance à l'ombre. En somme, nos résultats démontrent que le bois mort du bouleau jaune et d'espèces conifériennes permet de maintenir une abondante régénération naturelle de bouleau jaune bien distribuée au sein des sites. De plus, la présence d'une banque de candidats préétablis et prêts à réagir à une ouverture de couvert forestier y est favorisée. Cet élément structural, important pour les processus de régénération du bouleau jaune, devrait être davantage pris en compte dans une perspective d'aménagement écosystémique des forêts feuillues du Québec. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Betula alleghaniensis, Lit de germination, Identité spécifique du bois mort, Répartition de la biomasse, Effet ontogénique, Coupe de jardinage.

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.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.