Les objectifs étaient d’évaluer l’impact de l’origine du peuplement sur la qualité des sciages, le rendement MSR et les propriétés mécaniques du bois d’épinette noire et de décrire la variabilité des propriétés mécaniques et physiques à tous les niveaux de structuration de la variance. Les résultats indiquent qu’un pourcentage semblable des pièces se trouve dans les classes de qualité No.2 ou meilleures dans les peuplements originaires de coupes, mais ce pourcentage est de 20% inférieur au peuplement originaire de feu. Les peuplements originaires de coupes ont un rendement MSR similaire à ceux des peuplements naturels, mais le peuplement issu de coupe partielle a plus de sciages dans les classes MSR inférieures à cause de ses propriétés mécaniques inférieures. Pour les propriétés considérées, la variabilité inter-peuplement est inférieure à la variabilité intra-peuplement. À l’intérieur des peuplements, la variance inter-arbre du MOE et MOR est inférieure à la variance intra-arbre. Les peuplements à structure plus irrégulière, i.e. avec des distributions en DHP plus importantes ont la variation inter-arbre des propriétés mécaniques plus importante que les autres peuplements. / The objectives of this project were to evaluate the effects of stand origin on lumber grade yield, MSR yield and bending properties and to describe the variability of wood mechanical and physical properties at different hierarchical levels in black spruce. The results indicate that a similar percentage of lumber pieces are graded as No.2 and better in logged stands, but this percentage is 20% lower than in burned stand. The MSR grades yield in logged stands is similar to that from natural stands but partial-cut origin stand has less lumber in superior MSR class due to lower bending properties. For all properties studied the between stands variance is much less important than within stand variance. Moreover, inter-tree variance component of MOE and MOR are lower than intra-tree variance. The stands that showed a more important DBH variance and asymmetrical competition present more important inter-tree variance in wood mechanical properties.

Titre de l'écran-titre (visionné le 10 janvier 2024) / La composition en espèces et la structure des écosystèmes forestiers sont le résultat d'interactions complexes entre les processus de recrutement, de croissance et de mortalité, influencés par les conditions environnementales. Les changements actuels du climat, combinés à l'augmentation de la fréquence et de l'intensité des perturbations, engendrent de l'incertitude quant à la productivité des forêts canadiennes dans le futur. Face à cette incertitude, il devient impératif d'adopter des pratiques d'aménagement forestier axées sur l'atténuation des risques, afin d'assurer le maintien des services écologiques offerts par ses écosystèmes, tout en répondant aux besoins en ressources de la société. Dans ce contexte, une prise de décision éclairée nécessite des informations précises et à jour sur l'état des forêts canadiennes. Historiquement, notre connaissance de l'état des forêts reposait sur les inventaires forestiers réalisés dans les provinces et territoires canadiens, qui fournissent des informations sur la disponibilité de la ressource, sa qualité et le rendement attendu. Les perturbations plus fréquentes et la réaction variable des forêts aux changements dans les conditions de croissance rendent toutefois difficile une évaluation complète et précise de la situation des forêts par l'intermédiaire des données issues des réseaux de placettes-échantillon. Les informations contenues dans les cernes de croissance des arbres permettent de mieux comprendre l'influence du climat et des perturbations sur la croissance. Toutefois, les limites imposées par la disponibilité de ces données et l'impossibilité de les collecter en continu sur l'ensemble du territoire forestier rendent leur utilisation peu pratique pour un suivi en temps réel de l'état des forêts. Ces défis peuvent toutefois être relevés par un recours accru aux technologies de télédétection. Les séries temporelles d'imagerie satellitaire, en particulier, fournissent une information en continu sur l'état des forêts, permettant la détection des perturbations ainsi que des changements graduels causés par l'action de stress climatiques. Alors que la plupart des études précédentes sur le sujet se sont principalement concentrées sur la détection et la cartographie de ces changements, peu d'attention a été accordée à la compréhension des causes sous-jacentes et à la quantification de leur impact sur la croissance forestière. Pourtant, ces informations sont cruciales pour mieux prévoir les conséquences des perturbations et des stress induits par le climat, puisque des réductions de croissance prononcées peuvent indiquer une mortalité imminente. Des données précises sur la croissance des forêts sont également essentielles pour une prise de décision éclairée en ce qui concerne les calendriers de récolte et les interventions sylvicoles. L'objectif général de ce projet de recherche était de caractériser l'impact des perturbations partielles et de fournir des informations spatialement explicites sur la croissance des forêts canadiennes en intégrant les données de séries temporelles Landsat et des données collectées sur le terrain. Les deux premiers chapitres de cette thèse ont exploré l'influence des perturbations partielles sur l'état de la canopée forestière et sur la croissance des peuplements affectés, en utilisant des données de placettes-échantillon permanentes et des carottes d'accroissement récoltées dans divers écosystèmes forestiers. Le troisième chapitre a intégré des mesures répétées de placettes-échantillon permanentes et des séries temporelles Landsat pour estimer le taux de croissance annuel net d'une forêt boréale en l'absence de perturbation. Les résultats présentés dans les trois chapitres de cette thèse montrent que des modèles statistiques basés sur des séries temporelles Landsat et calibrés à l'aide de mesures de placettes-échantillon permanentes ou de données de cernes annuels permettent de mesurer la croissance des forêts ainsi que les changements provoqués par des perturbations partielles. L'intégration d'autres sources de données de télédétection telles que le LiDAR facilite l'application des méthodes utilisant l'imagerie satellitaire dans un contexte d'aménagement forestier et permet de prendre en compte de l'influence de facteurs biophysiques et écologiques qui ne peut être captée par l'imagerie satellitaire. Les méthodes et approches proposées dans cette thèse ont le potentiel d'être étendues à un plus large éventail de biomes forestiers en tirant parti de bases de données existantes, améliorant ainsi notre capacité à suivre l'état des forêts canadiennes dans un contexte de changements climatiques. / The species composition and structure of forest ecosystems are shaped by complex interactions between biotic and abiotic drivers that influence recruitment, growth, and mortality processes. Current climate changes, along with the increasing frequency and intensity of disturbances, introduce uncertainty about the future productivity and vigour of Canadian forests. In the face of such uncertainty, adopting forest management practices centred on stewardship and risk mitigation becomes imperative to preserve ecosystem functions while addressing society's resource demands. In this context, informed decision-making requires up to date and accurate information about the condition of Canadian forests. Historically, our knowledge on forest condition relied on field inventories conducted across all provinces and territories, providing information on resource availability, quality, and expected yield. However, intensified disturbances and the variable growth response of forests to climate change make it challenging to comprehensively assess forest situations through sample plot networks. While tree ring data is highly valuable, collecting such data consistently across Canadian forests is impractical. Addressing the challenges of assessing temporal and spatial changes in forest condition can be achieved through remote sensing technologies. Satellite imagery time series, in particular, offer continuous information on forest conditions for detecting disturbances and gradual ecosystem changes. While previous studies primarily focused on detecting and mapping disturbances and related changes in forest condition, less emphasis was given to understanding the underlying causes and quantifying their impact on forest growth. This information is yet critical to forecast the impacts of disturbances and climate-induced physiological stress, as growth declines can indicate imminent mortality. Accurate forest growth data is also crucial for making informed decisions regarding harvest schedules and silvicultural interventions. The general objective of this research project was to characterise the impact of non-stand replacing disturbances and provide spatially explicit information on forest growth across Canadian forests by integrating Landsat time series and field data. The first two chapters of this thesis explored the influence of non-stand replacing disturbances on forest canopy condition and growth rates, using data from permanent sample plots and increment cores collected in diverse forest ecosystems. The third chapter incorporated repeated measurements from permanent sample plots and Landsat time series to estimate the annual net forest growth rate in boreal forests in the absence of disturbance. The results presented in the three thesis chapters demonstrate that statistical models involving Landsat time series and calibrated using permanent sample plot measurements or tree-ring data can effectively assess canopy and forest structure changes caused by non-stand replacing disturbances and measure forest growth under both disturbance and undisturbed conditions. Integrating other remote sensing data sources like LiDAR enhances the applicability of these methods in forest management contexts and allows accounting for the effect of biophysical and ecological factors not captured solely by satellite imagery. The approaches proposed in this thesis have potential for expansion to cover a broader range of forest biomes by leveraging existing datasets, enhancing our ability to monitor Canadian forests response to climate change.

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.

Des éléments de la dynamique des peuplements mixtes de sapin baumier et d’épinette rouge après coupe partielle ont été étudiés sur une base statistique, afin de déterminer dans quelle mesure ils pourraient contribuer au phénomène de raréfaction de l’épinette rouge. L’étude visait principalement à identifier les changements structurels et à quantifier la croissance tant à l’échelle du peuplement que des tiges individuelles. Pour ce faire, les données de deux dispositifs de suivi ont été utilisées : l’Aire d’observation de la rivière Ouareau (Parc national du Mont-Tremblant) et la Forêt expérimentale du lac Édouard (Parc national de la Mauricie). Chacun de ces dispositifs disposent d’un réseau de placettes permanentes dont les mesures s’étendent sur un horizon de plus de 50 ans après une coupe partielle. Des méthodologies statistiques ont été proposées afin de formuler des inférences statistiques adaptées à la nature des données disponibles. L’analyse de la croissance s’est faite à partir d’un modèle linéaire incluant des effets aléatoires (à l’échelle de la tige individuelle) et d’un modèle non linéaire comportant une structure de covariance (à l’échelle du peuplement) afin de tenir compte de l’hétéroscédasticité des données et de l’autocorrélation des erreurs. Les changements structurels ont été analysés à l’aide d’un modèle linéaire généralisé puisque la variable dépendante n’était pas une variable continue, mais plutôt une fréquence. Pour tenir compte de l’effet dû aux placettes, des effets aléatoires ont été ajoutés au modèle. Finalement, une matrice de transition à deux niveaux a été construite sur la base de distributions discrètes dont les paramètres sont estimés par la méthode du maximum de vraisemblance. L’utilisation de distributions discrètes offre ainsi des résultats plus cohérents par rapport à l’approche traditionnelle. À l’échelle des tiges individuelles, les résultats de ces analyses démontrent que les différences quant à la croissance en diamètre sont relativement faibles. Le recrutement et la mortalité sont en fait des facteurs beaucoup plus importants dans l’évolution de ces peuplements après coupe partielle. À l’échelle du peuplement, ils induisent une variabilité importante dans l’évolution de la surface terrière du sapin baumier, de sorte que l’épinette rouge apparaît comme une essence beaucoup plus stable. La durée et l’importance de l’ouverture de la canopée après coupe partielle sont des éléments critiques qui déterminent l’abondance du recrutement du sapin baumier. Pour maintenir la proportion d’épinette rouge et une distribution diamétrale irrégulière, les coupes partielles de faible intensité comme le jardinage par pied d’arbre sont indiquées.

Au nord-est de l'Amérique du Nord, les épidémies de la tordeuse des bourgeons de l'épinette (TBE) constituent une perturbation naturelle majeure de la forêt boréale et jouent un rôle important dans la dynamique forestière(croissance et mortalité des arbres attaqués, structure d'âge et de composition, succession écologique, etc.). Bien qu'il soit reconnu que les épidémies d'insectes ont un impact considérable sur le bilan de carbone (C), peu d'études se sont intéressées aux effets de la TBE sur les stocks et la dynamique du C forestier. À notre connaissance, ce travail est le premier à se pencher sur le sujet en employant des données empiriques à long terme, soit celles des placettes-échantillons permanentes. Les trajectoires de C ligneux aérien pendant et après l'épidémie des années 1970-1980 ont été observées dans trois zones bioclimatiques et ont été largement influencées par la sévérité de l'épidémie. Dans les sites légèrement attaqués, le signal de la TBE a été très discret. Dans les sites sévèrement attaqués de la sapinière à bouleau jaune, de la sapinière à bouleau blanc et de la pessière à mousses, les changements de C vivant à court terme (0 à ~15 ans) ont été respectivement de -11,9 t C ha⁻¹, -16,8 t C ha⁻¹ et -17,2 t C ha⁻¹. À long terme (~15 à ~50 ans), la reconstitution du stock de C vivant a surtout été assurée par le recrutement de nouveaux individus. À la fin de la période d'étude, la majorité des sites sévèrement attaqués des sapinières avaient dépassé leur stock de C vivant pré-épidémique, ce qui n'était pas le cas dans la pessière. Cette étude présente les premiers résultats issus de données empiriques à long terme quant aux effets de la TBE sur le C forestier, ce qui permettra de raffiner les modèles de la dynamique du C forestier. / In northeastern North America, spruce budworm (SBW) outbreaks are a major natural disturbance of the boreal forest and play an important role in forest dynamics (growth and mortality of attacked trees, age and composition structure, ecological succession, etc.). Although it is recognized that insect outbreaks have a significant impact on the carbon (C) budget, few studies have examined the effects of SBW on forest C stocks and dynamics. To our knowledge, this is the first study to address this issue using long-term empirical data, namely permanent sample plots data collected since the early 1970s. Trajectories of aboveground woody C during and after the1970s-1980s outbreak were observed in three bioclimatic zones and were largely influenced by outbreak severity. In lightly affected sites, the SBW signal was very subtle. In severely affected sites of the balsam fir-yellow birch, balsam fir-white birch, and black spruce-feathermoss zones, short-term (0 to ~15 years) changes in live C were -11.9 t C ha⁻¹, -16.8 t C ha⁻¹, and -17.2 t C ha⁻¹, respectively. In the long term (~15 to ~50 years), recovery of the live C stock was achieved primarily through the recruitment of new stems. By the end of the study period (~50 years), most high-severity sites in the two balsam fir zones had exceeded their pre-outbreak live C stock, which was not the case in the black spruce-feathermoss zone. This study provides the first long-term empirical data on the effects of SBW on forest C, which will help refine models of forest C dynamics.

Tableau d’honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2010-2011 / L'objectif de ce mémoire est de documenter l'influence des feux dans la dynamique des sapinières vierges situées au-dessus de 800 m dans la réserve faunique des Laurentides (RFL). Cette région de 1 800 km² se situe au nord de la ville de Québec et appartient au domaine bioclimatique de la sapinière à bouleau blanc. L'abondance du sapin baumier et les fortes précipitations suggèrent que les forêts d'altitude de la RFL sont peu influencées par les feux. Afin de vérifier cette hypothèse, nous avons entrepris une étude comprenant deux volets complémentaires. Le premier explore la dynamique forestière récente (300 dernières années), alors que le second vise à reconstituer l'historique à long terme des feux (dynamique holocène). Dans le premier chapitre, une approche écologique basée sur la composition forestière, la structure de taille des arbres et l'âge des peuplements actuels a été utilisée afin de définir la dynamique récente des sapinières à bouleau blanc d'altitude. Des peuplements (n = 16) appartenant à 6 types forestiers, caractérisés par la présence ou l'absence de charbon de bois de surface et correspondant à une chronoséquence, ont été échantillonnés, puis analysés. La dynamique forestière montre le passage graduel de la bétulaie à bouleau blanc à la sapinière à épinettes en fonction du temps écoulé depuis le dernier feu. La répartition des feux récents à l'origine de cette chronoséquence (1815 et 1878) a été faite à l'aide des charbons de bois de surface. Cette spatialisation montre, qu'au cours des 250 dernières années, près de la moitié de la région d'étude a brûlé. Les feux ont donc joué un rôle important dans la dynamique récente de ces sapinières. Dans le second chapitre, une approche paléoécologique, basée sur l'analyse macrofossile des charbons de bois du sol minéral, a été employée afin de reconstituer l'historique à long terme des feux (histoire holocène). Cet historique s'est avéré le même, peu importe le type forestier actuel et son emplacement sur le territoire. Trois périodes, marquées par un régime de feu et des paysages forestiers distincts, ont été identifiées: 1) de 9600 à 4500 ans, les feux ont été importants, 2) de 4500 à 250 ans, les feux ont été pratiquement absents et 3) les deux cents dernières années ont été marquées par des feux dont la plupart sont probablement d'origine anthropique. On estime que l'état d'équilibre des paysages forestiers se caractérise par une dynamique associée à une récurrence d'épidémies d'insectes. En définitive, la reconstitution des feux récents et des feux historiques s'est avérée indispensable pour cerner leur rôle écologique dans la dynamique des paysages forestiers des sapinières d'altitude. Dans le contexte de la mise en oeuvre de l'aménagement écosystémique, ce mémoire présente une méthode et des résultats originaux permettant de décrire le paysage actuel et de le caractériser en fonction de son histoire holocène. Ces deux éléments définissent la variabilité naturelle des sapinières à bouleau blanc d'altitude de la RFL.

Dans le but de mieux comprendre la dynamique forestière après feu du peuplier faux-tremble (Populus tremuloides) et de l'épinette noire (Picea mariana) sur argiles de la région de Matagami (Nord-du-Québec), nous avons procédé (1) à l'échelle du paysage, à une analyse d'ordination et de groupement de la composition de 609 placettes d'inventaires existantes et (2) à l'échelle du site, à l'inventaire et à l'échantillonnage de la composition, de la structure (arbres matures vs. régénération) et de la croissance (reconstitution dendrochronologique) de 30 peuplements de 100 ans : 10 peupleraies pures, 10 pessières pures et 10 peuplements à composition mélangée. La composition forestière du paysage était dominée par un gradient de peupleraies pures vers des pessières pures et, secondairement, par l'abondance de sapin baumier (Abies balsamea). Les 30 sites échantillonnés montrent que le peuplier et l'épinette noire peuvent s'installer sur les mêmes sites : leur abondance relative dépend d'autres facteurs, probablement historiques. Pour la prochaine génération, les peuplements à composition mélangée échantillonnés évolueront probablement vers des peuplements à dominance résineuse (dynamique successionnelle), tandis que certaines pessières pures maintiendront leur dominance (dynamique cyclique) et d'autres pourraient se paludifier (dynamique successionnelle). La dynamique forestière des peupleraies pures est incertaine et varie selon la régénération présente et l'état des tiges matures : certains peuplements pourraient conserver leur dominance feuillues (dynamique cyclique), d'autres pourraient évoluer vers des peuplements à composition mélangée (dynamique successionnelle) et dans le cas d'une absence de régénération, quelques sites pourraient se dégrader et devenir improductifs (dynamique de dégénérescence).

Le principe des chronoséquences a été adopté pour déterminer l'évolution du volume après l'entrée en sénescence de peuplements d'épinette noire (Picea mariana (Mill.) B.S.P.) de la Côte-Nord à partir d'une carte des feux et des données des placettes échantillons permanentes. Pour déterminer l'évolution du volume après 200 ans, des répartitions théoriques du territoire par classe de volume ont été établies à partir de deux hypothèses différentes : (i) le maintien du volume au cours du temps et (ii) la décroissance du volume. La comparaison de ces répartitions théoriques à la répartition observée a permis de retenir l'hypothèse du maintien du volume après l'entrée en sénescence du peuplement. Les modifications de l'évolution du volume au cours du temps se répercutent par une baisse du niveau de possibilité forestière due à une augmentation du volume perdu par sénescence qui peut être compensée par le recours à l'optimisation lors de la réalisation du calcul de possibilité forestière.