Le phénomène grandissant de morcèlement des forêts boréales matures est une source de préoccupation importante pour l'industrie forestière du Québec en raison de l'augmentation des coûts d'approvisionnement qu'il induit. Effectivement, les déplacements de machinerie plus fréquents ainsi que l'augmentation du nombre de chemins à aménager impactent la rentabilité des opérations forestières en forêt morcelée. L'évolution de ce contexte impose la recherche de solutions, incluant l'adaptation des systèmes de récolte utilisés, qui n'ont que très peu été étudiées à ce jour. Le principal objectif de cette maîtrise est d'identifier des systèmes adaptés à la récolte de forêts morcelées, permettant d'amoindrir l'impact financier du morcellement sur l'approvisionnement. Toutes les alternatives possibles se doivent d'être considérées dans la réflexion menant à l'implantation de solutions en forêt. Une approche de sélection employant des analyses successives fut préconisée, de manière à sélectionner itérativement un sous-ensemble de solutions potentielles. Dans un premier temps, une revue exhaustive des systèmes de récolte permit d'en décrire plus de 1 000 différents. De ce nombre, vingt-huit furent retenus pour leur potentiel d'application en forêt morcelée. Ceux-ci furent comparés à l'aide d'un modèle d'évaluation multicritère impliquant des experts. Sept systèmes se démarquèrent des autres, mettant en évidence l'intérêt de considérer l'implantation de systèmes actuellement inexistants au Québec. Une simulation déterministe fut réalisée afin d'estimer les coûts des solutions potentielles et ainsi affiner l'identification de la meilleure alternative. Les résultats démontrent le potentiel du système de bois tronçonnés utilisant des camions auto-chargeurs à grue détachable en contexte de forêt morcelée. L'utilisation du porteur pour charger les camions est également une alternative intéressante, notamment pour la simplicité de son adaptation par rapport au système de bois tronçonnés classique. Il serait à présent intéressant de tester ces systèmes dans un contexte opérationnel contrôlé avant d'en proposer un déploiement à plus grande échelle. / Fragmentation in mature boreal forests is a growing concern for the forest industry of Quebec, due to the increase of wood procurement costs. The more frequent machine relocations and the increasing number of roads to build and maintain compromise the profitability of fragmented operations. This changing reality needs to be addressed, starting with re-evaluating the current operational systems used in fragmented forests, which have received little attention so far. The objective of this master's degree is to identify the most cost-effective harvest systems in fragmented forests. Doing so requires a methodology compatible with the evaluation of a very wide range of potential solutions that can be implemented in these forests. The elaborated approach is based on subsequent analysis gradually reducing the number of alternatives and precising the identification of the best subset. First, an in-depth review of harvest systems resulted in the description of over 1,000 distinct alternatives. Only twenty-eight were considered as conceivable alternatives in the studied context. A multi-criteria evaluation approach involving experts from the forest industry revealed the superiority of seven potential solutions. Lastly, a deterministic simulation model was developed to estimate the harvest costs associated with each system in case studies and narrow down the selection of the best alternative. The results demonstrate the potential of the cross-cut timber system using self-loading trucks with detachable cranes in a fragmented forest context. Of the seven systems, the cut-to-length systems using either removable crane self-loader trucks or forwarders to load trucks presented lower costs in fragmented forest stands. It would now be interesting to test these systems in a controlled operational context before considering large-scale implementation.

La mise en place d’un aménagement forestier écosystémique passe par une meilleure connaissance des régimes de perturbations naturelles. En forêt boréale canadienne, le feu est la perturbation naturelle la plus été étudiée. Cependant, dans les régions où le cycle de feu est long, d’autres perturbations, comme le chablis, sont importantes. La description du régime de chablis dans la forêt boréale de l’est du Québec a été effectuée en tenant compte de ses caractéristiques intrinsèques, temporelles et spatiales, ainsi que ses conséquences sur l’écosystème forestier. D’abord, les caractéristiques de station et géoclimatiques influençant la susceptibilité d’un peuplement au chablis à l’échelle du paysage ont été étudiées. La base de données SIFORT a été utilisée, permettant une profondeur temporelle d’environ 30 ans. Deuxièmement, les caractéristiques spatiales du chablis et des coupes ont été analysées à l’échelle du paysage et de la perturbation, dans trois zones de la pessière de 5000 ha. Finalement, à l’échelle du peuplement, les principaux attributs clés présents en pessière suite au chablis ont été recensés et comparés à ceux retrouvés après coupe de récupération. Ces trois approches complémentaires ont permis de dresser un portrait du chablis en forêt boréale irrégulière. Les variables ayant le meilleur pouvoir prédictif de la susceptibilité au chablis sont le topex, l’épaisseur du dépôt et la pente. Les chablis sont surtout partiels et couvrent 0.23% du territoire annuellement. Les chablis partiels présentent une variété de tailles plus importante que les chablis totaux, qui eux, sont plus petits. Les chablis partiels possèdent, en moyenne, plus de 60% de leur superficie couverte par des arbres vivants. Les coupes de récupération modifient les attributs post-chablis. La quantité de bois mort est réduite et les stades de dégradation ne sont pas tous représentés. Les lits de germination et la présence de bryophytes sont aussi affectés par les opérations de récolte. Dans un contexte d’aménagement écosystémique, ces résultats démontrent l’importance de la mise en place de traitements sylvicoles inéquiennes afin de mieux reproduire les caractéristiques après chablis. De plus, il en découle des recommandations de saines pratiques d’aménagement pour que les coupes de récupération assurent le maintien d’attributs clés. / The implementation of ecosystem management involves a better understanding of natural disturbance regimes. In the boreal forest of Canada, fire is the most studied natural disturbance. However, in areas where the fire cycle is long, other natural disturbances, such as windthrow, are important. Thus, the description of windthrow regime of the eastern boreal forest of Quebec was performed considering its intrinsic, temporal and spatial characteristics, and also its consequences on the forest ecosystem. Firstly, site and stand characteristics affecting windthrow susceptibility were studied. The SIFORT database was used, allowing a 30 year temporal coverage. Secondly, windthrows and cutblocks spatial characteristics were analysed at landscape and polygons (or disturbance) levels, in three areas of 5 000 ha. Finally, at the stand level, the main key attributes or biological legacies in the black-spruce forest after windthrow episodes were measured and compared to salvaged windthrows. These three complementary approaches provided a global picture of the windthrow regime in the irregular boreal forest. Results showed that the variables having the best predictive capacity of a stand susceptibility to windthrow are topex, surface deposit thickness and slope. Windthrows, mainly partial, annually affects 0.23% of the study area with a return interval of approximately 450 years at a given location. At the landscape level, partial windthrows have a higher variability in their size than total windthrows, which are smaller. Partial windthrow polygons have a mean of 60% of their area in residual living trees, and total windthrow polygons have 15% of their cover in residual trees. Salvage logging changes many post-windthrow key stand structure, microsite and vegetation attributes. Salvage logging causes a reduction in the quantity of downed coarse woody debris and snags and all the decay classes are not present in salvaged windthrows. Furthermore, forest floor heterogeneity and bryophytes cover are affected by salvage logging operations. These results highlight the importance of uneven-age silvicultural treatments in the irregular boreal forest. Furthermore, salvage logging operations should be designed to ensure the maintenance of key attribute.

En forêt boréale, la stratégie d'agglomération de coupes est utilisée pour émuler les grands feux dans un contexte d'aménagement écosystémique. Socialement, ces grandes coupes totales sont mal perçues principalement à cause de leurs impacts visuels importants. Cette étude présente une analyse de l'efficacité de deux mesures d'atténuation de l'impact visuel des grandes coupes dans le moyen plan, en forêt boréale. Elle vérifie si l'augmentation de la rétention de peuplements à l'échelle du paysage et le verdoiement du parterre de coupe par une rétention d'arbres à l'échelle du peuplement permettent d'améliorer le niveau d'acceptabilité visuelle des coupes agglomérées en pessière noire à mousses de l'Est. Il en ressort que l'acceptabilité visuelle est possible en ayant 50 % de rétention de peuplements. De plus, le verdoiement permet aux paysages avec 30 % de rétention de peuplements d'être considérés comme acceptables visuellement. Les résultats ne permettent pas de conclure à l'influence de l'apport d'informations écologiques expliquant le bien-fondé des coupes agglomérées.

Tableau d’honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2013-2014. / Les érablières sont des forêts tempérées caducifoliées nordiques et sont considérées comme la formation climacique du Québec méridional. Elles se maintiennent en état de renouvellement par la chablisation du couvert forestier. L’objectif de ce projet était d’étudier la dynamique des feux depuis la déglaciation dans trois érablières situées à leur limite nordique de répartition au Québec. L'identification botanique et la datation au 14C de macrocharbons de bois en surface et enfouis dans le sol minéral montrent que les trois stations se caractérisent par un régime de feux relativement fréquents depuis 1000 à 3500 ans. En dépit de nos prédictions, ces résultats mettent en évidence les capacités de régénération et de résilience de l'érablière à l'occasion de perturbations allogènes comme le feu.

Les Cris de Waswanipi ont toujours bénéficié de la forêt boréale pour maintenir leur mode de vie traditionnel, basé sur des activités de chasse, pêche et piégeage. Les coupes forestières intensives depuis les années 1960 et les impacts de ces dernières dans les territoires de trappes ont fait augmenter les tensions entre la communauté de Waswanipi et les compagnies forestières. Dans ce territoire, la Convention de la Baie James et du Nord Québécois, mise à jour par l’Entente Cri-Québec en 2002, vise à harmoniser les activités de chasse, de pêche et de trappe des Cris avec les autres activités sur le territoire, notamment les activités forestières. Cependant, il est difficile d’articuler les activités traditionnelles des Cris au processus d’aménagement forestier tant les valeurs et besoins diffèrent entre les compagnies forestières et les Cris. Ainsi, dans le but d’établir une planification forestière tactique-opérationnel qui vise à être plus proches des convictions des différentes parties intéressées, cinq plans quinquennaux ont été élaborés sur les terres de Catégorie I, en collaboration avec la compagnie Mishtuk. Ces cinq plans de récolte suivent un gradient de dispersion croissant, allant des coupes agglomérées aux coupes dispersées. Ils ont été élaborés grâce au logiciel Arcgis 9.1 et intègrent les cartes d’utilisation du territoire, mais aussi les différentes contraintes établies sous forme de normes et lois par le gouvernement. Les scénarios ont ensuite été comparés à l’aide du logiciel Wood Procurement Planning Tool (WPPT), un outil d’aide à la planification présent sous forme d’extension d’Arcgis 8.x , afin d’évaluer les impacts financiers et environnementaux dus aux modifications des plans de récolte. Les résultats de cette étude nous indiquent que parmi les scénarios d’aménagement étudiés certains s’approchent davantage de notre interprétation de la vision qu’ont les Cris de leur territoire. Cette variété de scénarios permet au planificateur forestier de s’en inspirer pour ses choix futurs en vue d’un aménagement mieux adapté dans un contexte autochtone.

Les stratégies d'adaptation permettent de modérer les impacts et de profiter des opportunités qui découlent des changements climatiques. Une méthodologie qualitative de type exploratoire a été utilisée pour identifier la place accordée à Forêt Québec à ces stratégies comme outils permettant de répondre aux vulnérabilités de la forêt à ce phénomène. Onze entrevues semi-dirigées ont été menées auprès des représentants de l'organisation qui ont été sélectionnés d'après des informations recueillies avec la méthode d'observation participante. Ces entrevues ont permis de cerner les perceptions par rapport à seize mesures d'adaptation proposées. Une typologie des discours des acteurs, développée à partir d'une analyse de discours, a permis de vérifier si les conditions préalables au passage d'une adaptation autonome à une adaptation planifiée étaient satisfaites. Il a été possible de découvrir que Forêt Québec pratique une adaptation de type autonome. Certains éléments d'une adaptation planifiée seraient toutefois présents au sein de l'organisation

Dans un contexte d’aménagement forestier, la dynamique spatio-temporelle des habitats est susceptible d'isoler les oiseaux nicheurs durant des périodes de plusieurs années, exerçant une pression pour une grande mobilité chez les oiseaux en dispersion. Les grandes distances migratoires de certaines espèces s'ajoutent aux pressions favorisant la mobilité. Par contre, les déplacements dans un feuillage dense peuvent imposer de fortes contraintes aux attributs conférant une grande mobilité aux oiseaux. Du point de vue de la conservation, il serait très utile de prévoir la réponse des différentes espèces d'oiseaux à la fragmentation de leur habitat, à partir de leurs traits écologiques. La morphologie des ailes d’oiseau, notamment la projection des rémiges primaires, est un indicateur clé de mobilité, et pourrait donc servir à de telles prédictions. Malgré les contraintes aérodynamiques, la projection primaire varie considérablement d’une espèce à l’autre. Afin de mieux comprendre les facteurs déterminant cette diversité, j’ai mesuré les ailes de 1017 spécimens vivants de 22 espèces d’oiseaux à la Forêt Montmorency (Québec) en 2013 et 2014. Conformément à mes prédictions, les espèces d’oiseaux dont la projection des primaires était plus longue migrent sur de plus longues distances et vivent dans des habitats ayant un faible indice de densité végétale. Par contre, je n'ai trouvé aucun lien entre la densité moyenne des populations en nidification, un indicateur d'isolement, et la morphologie des ailes. Ces résultats suggèrent que les réponses variées des oiseaux forestiers face à la fragmentation de leurs habitats seraient difficilement prévisibles par la morphologie liée au vol. Mots clés : fragmentation d’habitat, isolement de l’habitat, morphologie des ailes, écomorphologie, distance migratoire, densité de végétation. / In a forest management context, spatiotemporal dynamics of habitats may isolate nesting birds for several years, thus favoring individuals with greater mobility during dispersal. Great migration distances in some species add to the factors selecting for greater mobility. However, high foliage density may exert a negative influence on morphological attributes conferring great mobility. It would be useful from a conservation perspective, to predict responses of different species to habitat fragmentation based on their traits. Wing morphology, particularly the projection of primary flight feathers, is a key indicator of mobility, and could help such predictions. Despite strong aerodynamic constraints, primary projection varies considerably among species. To better understand factors leading to interspecific differences in mobility, I measured the wings of 1017 live birds of 22 species in 2013 and 2014. Bird species that had a longer primary projection migrate over long distances and are tended to live in habitats with low density index, in accordance to our predictions. However, I found no link between the mean breeding population density, an indicator of isolation, and primary projection. Those results suggest that the varied responses of forest birds to habitat fragmentation would be difficult to forecast based on wing morphology. Keywords: habitat fragmentation, isolation of habitat, wing morphology, trait-based ecology, migration distance, vegetation density.

Chaque année le feu brûle quelques dizaines de milliers d’hectares de forêts québécoises. Le coût annuel de prévention et de lutte contre les feux de forêts au Québec est de l’ordre de plusieurs dizaines de millions de dollars. Le présent travail contribue à la réduction de ces coûts à travers l’automatisation du processus de planification des opérations de suppression des feux de forêts majeurs. Pour ce faire, un modèle mathématique linéaire en nombres entiers a été élaboré, résolu et testé; introduisant un nouveau cas particulier à la littérature des Problèmes de Tournées de Véhicules (VRP). Ce modèle mathématique concerne le déploiement aérien des ressources disponibles pour l’extinction des incendies. Le modèle élaboré a été testé avec CPLEX sur des cas tirés de données réelles. Il a permis de réduire le temps de planification des opérations d’extinction des feux de forêts majeurs de 75% dans les situations courantes. / Each year, the fire burns large areas of forests in the province of Quebec. The annual costs of prevention and firefighting in Quebec may attain tens of millions of dollars. This project contributes to the decreasing of those costs through the computerization of the transportation planning process of material and human resources during major forest fires extinguishing. In order to achieve that, the resource transportation process was mathematically modeled. The integer linear mathematical model developed in this project has been resolved and tested; it introduces a new case to the literature of Vehicle Routing Problem (VRP). The model developed was tested with CPLEX based on data from real cases. It has reduced the planning time of extinguishing operations by 75%.

Thèse ou mémoire avec insertion d'articles / La litière est une voie majeure de transfert de la biomasse aérienne vers le sol forestier et joue donc un rôle important dans la constitution des stocks de carbone (C) du sol forestier. Cependant, le flux de litière reste peu documenté dans les forêts tempérées et boréales d'Amérique du Nord, ce qui peut créer des incertitudes dans les estimations des modèles de bilan du C forestier. Les objectifs de cette étude étaient donc de 1) quantifier le flux annuel moyen, la variabilité interannuelle et la saisonnalité de la chute de litière sur trois sites (dominés respectivement par l'érable à sucre, le sapin baumier et l'épinette blanche) de l'est du Canada sur une période de 22 à 33 années, 2) mettre en relation le flux annuel et les changements temporels de la chute de litière avec les variations de la taille des principaux réservoirs de matière organique de ces écosystèmes, et 3) comparer nos estimations du flux de litière avec les valeurs de référence utilisées dans les inventaires nationaux de gaz à effet de serre (GES). Nous avons utilisé des données provenant de 22 à 33 années de suivis environnementaux de bassins versants forestiers et d'inventaires dendrométriques. La production de litière diminuait de l'érablière à la sapinière et la pessière, principalement en raison de la composition des espèces. L'augmentation du flux de litière au cours des années était liée à l'augmentation de la biomasse des arbres vivants dans la sapinière, mais pas dans l'érablière. La saisonnalité de la chute de litière variait entre les feuillus et les conifères selon un patron sigmoïdal et les anomalies climatiques modifiaient ce patron. Nos analyses suggèrent que les valeurs de référence de la littérature utilisées dans les inventaires nationaux de GES sous-estiment le flux de litière et les stocks de C de l'humus des sols forestiers. L'intégration de nos résultats dans les différents modèles de comptabilisation du C pourrait permettre de diminuer l'incertitude entourant ce flux et de contribuer à une meilleure compréhension du cycle du C dans les écosystèmes forestiers. / Litterfall is a major pathway for transferring aboveground biomass to the forest floor and thus plays an important role in building forest soil carbon (C) stocks. However, litterfall remains poorly documented, potentially creating uncertainties in estimates of forest carbon budget models. The objectives of the present study were to 1) quantify the mean annual flux, interannual variability, and litterfall seasonality in 3 sites (dominated respectively by sugar maple, balsam fir and black spruce) in eastern Canada, over a period of 22 to 33 years, 2) relate the litterfall amounts, and temporal changes to the changes in the size of major organic matter pools in these ecosystems, and 3) compare our litterfall estimates with reference values used in national greenhouse gas inventories. Litterfall production decreased from the sugar maple to the balsam fir and the black spruce sites, preponderantly due to species composition. The increase in litterfall over the years was linked to the increase in the aboveground biomass of live trees in the balsam fir site, but not in the sugar maple site. Litterfall seasonality varied between broad leaf and conifers following a sigmoidal pattern, and climatic anomalies altered this pattern. Our litterfall analyses suggest that literature reference values used in national greenhouse gas inventories underestimate litterfall and C stocks in forest soils for temperate and boreal forests. Integrating our results into C accounting models could help reduce their uncertainty and contribute to a better understanding of C cycling in forest ecosystems.

Comprendre comment les communautés changent dans le temps et les facteurs influençant la répartition des espèces est un aspect central de l’écologie. Bien que les changements dans les communautés animales à la suite de perturbations aient été largement décrits, peu d'études ont examiné les processus qui structurent ces communautés, en particulier durant la succession écologique résultant des activités anthropiques. L’objectif de ma thèse était donc de mieux comprendre les processus biologiques influançant l’organisation des communautés de petits mammifères et de coléoptères, de même que la répartition d’une espèce clé de l’écosystème, le campagnol à dos roux (Myodes gapperi), durant la succession forestière en forêt boréale aménagée. Dans un premier temps, nous avons donc examiné comment la succession peut influencer les processus de structuration des assemblages d’espèces. Puis, dans un second temps, nous nous sommes intéressés plus spécifiquement à une espèce clé typiquement associée aux vieilles forêts pour investiguer les mécanismes qui influencent leur organisation spatiale et donc leur répartition dans les peuplements. Enfin, nous avons étudié leur utilisation de l’habitat à plus fine échelle (micro-habitat) en caractérisant leurs déplacements afin de mieux comprendre les liens qui existent entre les animaux et les attributs fins de l’habitat durant la succession. L’étude a montré que les assemblages d’espèces étaient similaires dans les peuplements 50-60 ans après coupe et dans les forêts matures. De façon générale, la structuration des communautés lors de la succession forestière semble résulter à la fois de processus stochastiques et déterministes, ces derniers étant plus étroitement liés aux interactions interspécifiques qu’aux caractéristiques de la végétation. Par la suite, nous avons utilisé les théories de sélection d’habitat et d’approvisionnement pour identifier les processus qui peuvent expliquer l'augmentation d’abondance relative des campagnols à dos roux lors de la succession forestière. Les résultats indiquent que la compétition apparente avec la souris sylvestre (Peromyscus maniculatus) limiterait la répartition des campagnols, et que des changements dans la force relative de ce processus durant la succession forestière expliqueraient les changements de répartition observés. La gestion durable des forêts doit maintenir certains attributs de l'habitat nécessaires au rétablissement des espèces de peuplements matures, mais ces attributs peuvent être difficiles à identifier car leur utilisation peut varier fortement pendant la succession. Nous avons donc identifié certains attributs importants pour le campagnol, puis tenté d’expliquer certaines variations dans leur utilisation durant la succession forestière en évaluant les déplacements à fine échelle du petit mammifère. Nos analyses démontrent, par exemple, que les campagnols sélectionnent fortement le bois mort comme route de déplacement durant la succession forestière, et aussi que cette sélection est moins forte en milieu de succession que dans les coupes récentes et dans les forêts matures. Ces variations dans les relations animaux-habitat durant la succession peuvent s’expliquer par des ajustements comportementaux aux changements dans la couverture qu’offre la canopée prenant place à mesure que la forêt vieillie. En conclusion, cette thèse améliore les connaissances des processus régissant la répartition de la faune boréale, et cela grâce à la combinaison originale de l’étude des communautés, de la dynamique des populations et du comportement animal. / Understanding how communities change over time and the process influencing species distribution are recurrent themes in ecological research. Although changes in animal communities following disturbances have been widely examined, few studies have investigated the process structuring communities, particularly during ecological succession resulting from anthropogenic disturbances. The main objective of my thesis was to better understand the biological processes influencing the organization of small mammal and beetle communities, as well as the distribution of a key species, the red-backed vole (Myodes gapperi), during forest succession in managed boreal forests. First, we examined how forest succession influences the process structuring species assemblages. Then, we focused more specifically on red-backed voles to investigate the processes influencing their spatial organization along a chronosequence of post-logging stands. Finally, we studied their use of habitat at a fine scale (micro-habitat) by assessing the interplay between their movements and habitat attributes characterizing post-harvested stands during ecological succession. The study showed that assemblages 50-60 years after clearcutting were similar to those found in old-growth forests. Generally, community assembly during forest succession seem to be driven by both stochastic and deterministic processes, the latter being linked to interspecific interactions more strongly than to vegetation attributes. Then, we combined habitat selection and optimal foraging theories to evaluate the processes that can explain the increase in red-backed vole abundance during post-logging forest succession in boreal ecosystems. Our results suggest that apparent competition with deer mice (Peromyscus maniculatus) limits the density of red-backed voles, and changes in the relative strength of this process during forest succession can explain patterns of vole distribution and abundance. Sustainable management must maintain habitat features needed for the recovery of species typical of mature forest, an objective that may be challenging because animal-habitat relationships can vary dynamically during succession. We thus identified key habitat attributes for red-backed voles, and then tried to explain some variations in the use of those attributes during forest succession by studying fine-scale movements during forest succession. We found, for example, that voles selected coarse woody debris as a travel path during forest succession, and that this selection was weaker in mid-seral forests than in recent cuts and old-growth forests. Such variations in animal-habitat relationships observed during forest succession can be explained by behavioural adjustments to changes in the availability of canopy cover occurring as stands mature. Overall, this thesis improves our knowledge of the processes driving wildlife distribution dynamics, by its combination of studies on community assembly, population dynamics and animal behaviour.