La productivité est influencée par des facteurs climatiques et non-climatiques temporaires ou permanents. Leurs effets varient dans le temps et dans l’espace et le fait d’assumer une sensibilité homogène de la productivité alors qu’elle est en fait hétérogène a des conséquences sur la capacité de prévision de la productivité forestière. Il existe des preuves des changements globaux, régionaux et locaux et la réponse en terme de croissance à ces variations dans la forêt boréale est diversifiée et dans certains cas contrastées. Il est donc nécessaire de surveiller constamment la croissance et la productivité et des études régionales sont donc nécessaires pour étudier les alternatives des procédures d'estimation de la productivité. Cette thèse a donc pour but de déterminer dans quelle mesure les changements dans le climat et les régimes de perturbations affecter la productivité du site dans les forêts boréales et tempérées septentrionales situées dans la province de Québec. Des données d’analyse de tiges ont été obtenues pour 32 peuplements dominés par le tremble dans un transect nord-sud couvrant 5 degrés de latitude, représentant un large gradient climatique avec différent dépôts du surface. La croissance en hauteur en temps réel y a été étudiée à l’aide du modèle de productivité de Plonski. Plus de 4000 placettes échantillons temporaires ont été obtenues dans des peuplements d'âges, de structures et de compositions différentes pour mesurer les effets rétroactifs de la végétation sur la productivité, qui résultent indirectement du climat et du sol. Le modèle de Pothier et Savard a ensuite été utilisé pour estimer l'indice de qualité de station du tremble dans des peuplements mélangés. Enfin, le dernier chapitre a utilisé le modèle aspécifique hauteur dominante-âge de Pothier et Auger. Les résultats du premier chapitre montrent que, dans les peuplements dominés par le tremble, la croissance en hauteur est surtout influencée par la somme annuelle des degrés-jours, avec un pouvoir prévisionnel aussi bon que celui obtenu avec des variables basées sur les processus. Un modèle qui suppose que certaines populations ont des réponses différentes au climat est meilleur, ce qui démontre que la sensibilité du tremble au climat n'est pas identique sur toute son aire de dispersion. Dans les peuplements mélangés, la structure du peuplement et la composition en espèces sont les principaux facteurs expliquant la productivité du tremble. Une interaction entre les facteurs du paysage et de la placette influence la productivité à l’échelle des placettes, suggérant qu'une approche de modélisation hiérarchique est plus appropriée. Enfin, puisque les changements de structure et de composition reflètent la dynamique de succession, il est déduit que les changements successionnels dominent la variabilité de la productivité dans les peuplements mélangés. Nos résultats semblent concorder avec l’idée fondamentale de l’existence d’une hétérogénéité (dans la productivité forestière) due aux interactions intra- et inter-specifiques qui produisent des structures capables de s’adapter dans le temps, comme le suggère le concept des systèmes adaptatifs complexes. / Forest productivity is driven by direct climatic and non-climatic factors which are transient or permanent in nature. Their effects vary through time and along spatial scales, thus assuming equal sensitivities across time and space where heterogeneous growth responses exist has consequences for the prediction of forest productivity. There is growing evidence of global changes, associated by rather diverse and in some cases contrasting changes in growth. It is necessary to constantly monitor growth and productivity and regional studies are therefore necessary to consider alternative productivity estimation procedures. This thesis was therefore aimed at determining to what extent global, regional and local changes in climate and disturbance regimes affect forest site productivity within eastern Canadian boreal and northern temperate forests located within the province of Québec. Stem analysis data was first obtained from 32 aspen dominated stands that spanned a 5-degree of latitude-wide transect representing a large climate gradient with different surficial deposit types in order to study real-time height growth. Plonki’s site index model calibrated from stem analysis data was used in estimating a height growth index for these 32 stands. Over 4000 temporary sample plots were also obtained from stands of varying age, structure and species compositional gradients in order to determine feedback effects of vegetation on productivity, which are indirect effects of climate and soil. A site index model calibrated from temporary sample plots (and currently used in Québec for growth and yield estimation) was used in estimating site index for mixed aspen stands. Finally, the last chapter of this thesis used an aspecific height-age relationship. Results of the first chapter show that within aspen dominated stands, height growth is mainly driven by the annual cumulative sum of growing degree days with an explanatory capacity as good as that of more complex processed-based variables. Also, aspen productivity in pure stands is better explained with a model that assumes that specific populations have different response functions to climate, demonstrating that climate sensitivity is not stable across a species’ geographic range. Within mixed species stands, stand structure and species composition are the major drivers of aspen productivity. Variability in productivity is better explained at the level of landscapes than stand-level. An interaction between landscape- and stand-level drivers influence stand-level productivity, suggesting that a hierarchical modelling approach is more appropriate than a single-level model. Since stand structural and compositional changes are dynamics that characterize stand succession, it is inferred that successional changes and not climate drive productivity in mixed stands, when measured with site index. Our results seem to concur with the fundamental idea of the existence of heterogeneity (in forest productivity) due to intra- and inter-specific interactions in a way that produces structures capable of adapting through time, as suggested by the concept of complex adaptive systems.

L'aménagement forestier doit être durable afin de maintenir la productivité des écosystèmes forestiers et leur capacité à s'adapter aux changements climatiques. Les feux constituent le principal facteur de perturbation de la possibilité et de la capacité de régénération des forêts boréales du Nord-Est de l'Amériques du Nord. Or, au Québec, l'exploitation des forêts pour la production du bois s'est déplacée vers le nord où la fréquence des feux réduit sensiblement la productivité des forêts du fait de la fréquence des accidents de régénération. Ainsi, dans le cadre des recommandations du gouvernement du Québec qui a fixé une limite nordique au-delà de laquelle l'aménagement ne peut pas être autorisé, des études s'avèraient nécessaires pour mieux évaluer l'impact des feux lors de l'élaboration de stratégies d'aménagement durable. En effet, la relation entre la variation de la fréquence des feux et la possibilité forestière reste mal comprise dans les forêts boréales nordiques. Cette thèse met en lumière l'interaction entre les feux, la productivité, l'ouverture des peuplements et la possibilité forestière dans un contexte d'aménagement forestier durable. Son argument de base consiste à soutenir que l'anticipation de telles répercussions permet d'améliorer l'aménagement des forêts dans un contexte de changement des régimes de feu et de dynamique d'ouverture de la forêt. Elle utilise une triple approche basée sur l'estimation de la productivité à l'échelle du paysage, la simulation de la dynamique forestière et la simulation de l'approvisionnement en bois. Elle parvient ainsi à montrer l'importance du régime de feu dans la détermination des accidents de régénération par la différence entre les abondances des peuplements potentiellement et actuellement productifs, la proportion de peuplements ouverts étant tributaire du climat régional et des variations périodiques du taux de brûlage. Par ailleurs, ces facteurs affectent directement le potentiel d'approvisionnement en bois dans un contexte d'aménagement forestier durable, particulièrement dans les régions sensibles et à cheval sur la limite nordique des forêts commerciales.

L'estimation de la productivité de la forêt pendant une période de temps déterminée est d'une importance vitale pour les activités de planification stratégique, tactique et opérationnelle de la gestion forestière des plantations de P. radiata. Dans cette optique, des modèles d'estimation basés sur des méthodes de régression sont utilisés, en ignorant d'habitude les relations spatiales et temporelles existantes à l'intérieur des écosystèmes forestiers, d'où découlent des problèmes dans les estimations. Dans cet esprit, l'objectif de cette recherche a été d'explorer un moyen d'incorporer de façon explicite l'information spatio-temporelle provenant des écosystèmes forestiers, afin d'améliorer les estimations de productivité forestière de P. radiata. Pour ceci, une approche basée sur la statistique spatiale a été utilisée pour décrire les échelles et les patrons spatiaux associés aux variables de surface terrière et hauteur des arbres et celles de l'environnement, élévation, pente, orientation et courbure du terrain. La présence de patrons de patches sur deux échelles spatiales et de l'anisotropie associée à la direction des rivières dominantes (Nord-Ouest - Sud-Est) a aussi été identifiée dans l'écosystème étudié. Ensuite, des modèles de régression spatiale et régression d'erreur spatiale ont été utilisés pour incorporer ces patrons aux estimations de productivité. Une amélioration dans l'estimation de la surface terrière et la hauteur des arbres a été obtenue et associée à l'inclusion de l'information provenant d'un voisinage spatial en relation avec la dimension de patches en deux échelles et la direction de l'anisotropie présente dans l'écosystème forestier. Finalement, une modification de la structure des modèles de régression spatiale et d'erreur spatiale a permis l'incorporation de la variabilité spatio-temporelle présente dans l'écosystème forestier, au moyen d'un voisinage spatio-temporel isotropique. L'information concernant les changements temporels de la structure spatiale de la forêt a été incorporée, obtenant ainsi des estimations de croissance plus précises. / The estimation of forest productivity at a given moment in time is vitally important for the activities of strategic, tactical and operational planning in forest management of P. radiata plantations. Several estimation models have been developed to this end, based on regression methods, usually setting aside the spatial-temporal relationships existing within the forestry ecosystems, thereby giving rise to problems in the estimations. Within this framework, the objective of this research was to explore a means to incorporate explicitly in to the models the spatial-temporal information of the forest ecosystems, so as to improve the estimations of forestry productivity in P. radiata plantations. To this end, an approach based on spatial statistics was used to describe the scales and spatial patterns associated with the variables of basal area and height of trees and of the environment, elevation, slope, orientation and terrain curvature. The presence of "patch patterns" at two spatial scales and anisotropy associated with the direction of the dominant rivers (North-west and South-east) were identified in the ecosystem under study. Subsequently, models of spatial regression and error regression were used to incorporate those patterns into the productivity estimations. An improvement in the estimation of basal area and tree height was achieved, and this was associated with the inclusion of information derived from a spatial neighbourhood related to the dimension of patches at two scales and the direction of the anisotropy present in the forest ecosystem. Finally, a modification in the structure of the spatial regression and spatial error models allowed the incorporation of the spatial-temporal variability present in the forestry environment. The information about the temporal changes in the spatial structure of the forest was incorporated by means of a spatial-temporal isotropic neighbourhood, thereby obtaining more accurate growth estimations.

Le drainage forestier en milieu boréal permet de rétablir des conditions hydrologiques propices à la croissance de l’épinette noire sur les pessières noires récoltées. Le but de cette étude était d’effectuer le suivi des plus vieux sites drainés de façon opérationnelle en Jamésie (Jutras et coll. 2002) plus de 20 ans après les travaux. L’efficacité du drainage a été mesurée par type écologique selon trois variables : la modification des communautés végétales, l’accroissement individuel de l’épinette noire ainsi que par le rendement forestier. Les comparaisons entre sites témoins et traités ont permis de cibler deux types écologiques où l’épinette noire réagit significativement au drainage dans le temps, soit RE37 et les RE39 riches. Pour les autres types écologiques étudiés, les conditions édaphiques étaient soit trop riches (RE26) ou trop pauvres (RE39 pauvre et très pauvre) pour que le drainage augmente significativement la croissance de l’épinette noire et le rendement forestier.

L'effet des changements climatiques, par le biais d'un modèle éco-physiologique, a été introduit dans des courbes de rendement des strates d'épinette noire en respectant les principes de stratification utilisés lors d'un calcul de possibilité forestière. Un exercice de propagation de l'incertitude été fait afin de déterminer la capacité à observer une différence significative entre les prédictions faites à partir des courbes de croissance sous les changements climatiques et celles actuellement utilisées. Cet exercice a permis de voir qu'il est probable à 67% d'être en mesure de détecter l'effet des changements climatiques. Par contre, un doute subsiste étant donné les multiples sources d'erreur non-considérées. Les gestionnaires de la forêt devront considérer leur degré de confort avec ce niveau de risque afin de déterminer ce qui devra être fait par la suite, à savoir améliorer la méthodologie actuelle ou changer l'actuelle approche du rendement soutenu.

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.