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.

Les lichens terricoles constituent une composante importante de l'écosystème forestier boréal. Cependant, cet écosystème est dynamisé par différentes perturbations qui créent des changements environnementaux qui ont une répercussion directe sur la dynamique des populations des lichens terricoles, en particulier sur les espèces du genre Cladina. À leur tour, ces changements peuvent affecter le caribou forestier, les Cladina étant l'une de ses principales ressources alimentaires durant la saison hivernale. Les perturbations naturelles sont, dans une large part, responsables de la dynamique des Cladina en forêt boréale québécoise. Or, au cours des dernières décennies, la forêt boréale a subi de profondes transformations. La coupe totale sur de grandes superficies est devenue la principale pratique forestière. Ainsi, les régimes naturels de perturbations occupent des superficies moindres par rapport aux perturbations créées par l'aménagement forestier. Malgré l'importance de plus en plus grande de l'aménagement forestier, très peu de travaux ont documenté la réponse des lichens, entre autres les Cladina, aux effets de la coupe en forêt boréale. L'objectif général de cette thèse est de comprendre la dynamique d'installation et la croissance des lichens terricoles en particulier des Cladina après les perturbations naturelles et anthropiques dans les forêts d'épinettes noires de la ceinture d'argile du Québec. Dans cette étude, nous nous sommes fixés comme premier objectif de déterminer les principales différences structurales caractérisant les stades de développement des forêts d'épinettes noires et de comparer la biomasse des Cladina ainsi que la diversité et la composition des communautés de lichens terricoles. Les jeunes peuplements avaient montré un plus grand taux de recouvrement, une plus grande diversité et une plus grande biomasse des Cladina. Avec la fermeture de la canopée, dans les sites âgés de plus de 50 ans, on observe que la biomasse des Cladina et la composition en espèces des lichens terricoles diminuent considérablement pour ensuite augmenter dans les sites âgés de plus de 200 ans. La répartition des différentes espèces, telle que révélée par l'analyse canonique des correspondances, montre une distribution en fonction des caractéristiques des sites. Les lichens terricoles sont plus abondants dans les sites où l'épaisseur de la matière organique est faible. D'autre part, les résultats des analyses de régression multiple des variables environnementales montrent que l'ouverture de la canopée et l'épaisseur de la matière organique avaient un effet significatif sur le taux de recouvrement et la diversité des lichens terricoles, alors que l'âge et l'ouverture de la canopée montrent un effet significatif sur la biomasse des Cladina. L'arbre de régression multivariable avait montré que le temps et l'habitat sont des facteurs importants, puisqu'ils jouent des rôles différents dans la détermination de la composition des communautés lichéniques terricoles. Dans le chapitre deux, nous avons effectué une étude comparative de l'impact des feux et des coupes sur la composition, la diversité, l'abondance et la biomasse des communautés lichéniques dans la pessière noire à mousses du Québec. Les feux sont caractérisés par une plus grande abondance de mousses pionnières et ont affiché une dynamique d'établissement précoce de lichens terricoles avec une certaine abondance des Cladina dans le tapis lichénique. À l'opposé, davantage de lichens résiduels caractérisaient les communautés après coupe, la recolonisation des sites de CPRS (coupe avec protection de la régénération et des sols) indique que les lichens terricoles s'établissent plus tard avec l'établissement des Cladonia en premier suivies des Cladina. Cinq ans après perturbation, la richesse en espèces des lichens terricoles ainsi que la biomasse des Cladina étaient plus élevées dans les coupes que dans les feux. Toutefois, quelle que soit la nature de la perturbation (coupe ou feu), avec le temps (28 ans après perturbation), l'abondance, la biomasse et la richesse, des lichens terricoles sont comparables, en raison de l'ouverture de la canopée qui offre un microclimat idéal à la recolonisation des sites par les Cladina et les Cladonia dans les sites brûlés, et à leur persistance et leur développement dans les sites issus de CPRS. Comme les Cladina sont directement touchées par les coupes forestières qui perturbent leur habitat et qu'ils sont intimement associés aux stades post-incendies, nous nous sommes fixés comme troisième objectif de voir si l'aménagement par coupe partielle pourrait recréer l'hétérogénéité structurale nécessaire au maintien de l'abondance et de la croissance des Cladina. Nous avons quantifié la croissance de trois espèces de Cladina dans trois traitements de trois sites d'un réseau des coupes partielles, soient : (1) un témoin (non coupé); (2) une coupe partielle (niveaux d'extraction 45 à 86%); (3) une coupe totale (CPRS), afin de tester l'hypothèse selon laquelle l'aménagement par coupe partielle pourrait recréer l'hétérogénéité structurale nécessaire au maintien de l'abondance et à la croissance des Cladina. Les taux de croissance des trois espèces dans les trois sites variaient entre les espèces et entre les sites. Cependant, la variation la plus significative a été observée entre les traitements. La croissance des lichens était similaire dans les blocs de coupes partielles et des CPRS, tandis qu'une perte de biomasse a été observée chez un grand nombre de thalles dans les blocs témoins de forêts matures non récoltées. Les résultats de cette étude ont aussi montré que les coupes partielles seraient davantage susceptibles d'assurer le maintien des Cladina que les CPRS. De plus, en offrant de meilleures conditions de croissance aux lichens terricoles, les coupes partielles pourraient contribuer à conserver une ressource alimentaire importante pour le caribou forestier (Rangifer tarandus) tout en préservant des conditions forestières qui se rapprochent des forêts âgées, dont un couvert de protection, important pour cette espèce. Les résultats de cette thèse permettent de faire quelques recommandations quant au maintien des lichens dans les paysages aménagés. Nous suggérons des traitements sylvicoles par coupes partielles, car ils ont le potentiel de mieux préserver l'abondance des Cladina et de créer des conditions idéales à leur croissance, ce qu'une sylviculture conventionnelle par CPRS ne peut faire. Il y a cependant certaines limitations qui ne permettent pas à ce système de sylviculture expérimentale d'être adopté dans des peuplements démontrant un degré élevé de paludification. Pour ces forêts, une coupe totale suivie d'un feu dirigé serait la meilleure option afin de diminuer l'épaisseur de la matière organique et d'empêcher le retour rapide à la paludification ainsi que la préservation de l'habitat des lichens à long terme. Néanmoins, il est important de maintenir des vieilles forêts non perturbées pour la préservation de la biodiversité. En conclusion, un suivi périodique de l'abondance des Cladina dans le réseau des coupes partielles ainsi que des expérimentations de scénarios de brûlage dirigé après coupes totales sont recommandés. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Épinettes noires, CPRS, coupes partielles, feu, Cladina, Cladonia.

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 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

Dissertation--Philosophische Fakultät--Göttingen--Georg-August-Universität, 2003. / Bibliogr. p. 318-332.

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.

Le secteur forestier québécois traverse actuellement une des pires crises de son histoire. Bien que les causes structurelles et conjoncturelles attribuables à cette situation soient nombreuses et fassent l'objet de vives spéculations entre différents groupes d'initiés, les causes sous-jacentes de cette crise (soit les facteurs sociaux, politiques et économiques) suscitent étonnamment peu d'intérêts. De plus, alors que l'origine de la présente situation est la plupart du temps attribuée à la refonte du régime forestier de 1986, l'examen exhaustif de l'évolution des institutions de gouvernance forestière depuis le début du 19e siècle indique que les problèmes de ce secteur ne sont pas nouveaux. Les défis qui touchent l'industrie forestière aujourd'hui découlent d'un ensemble de problématiques récurrentes et historiques, mais dont les effets ont toujours pu être tempérés par des manipulations structurelles peu coûteuses, par des développements technologiques ou simplement par l'abondance même des stocks de ressources dont bénéficiait naguère le Québec. Or, si la crise actuelle résulte de défaillances qui sont à la fois chroniques et systémiques, quelle est la structure du dilemme qui amenuise systématiquement la capacité des acteurs sociaux, politiques et économiques à entreprendre les actions collectives qui s'imposent? La caractérisation historique du régime forestier, depuis ses origines jusqu'aujourd'hui, suggère que la rigidité constitutionnelle de la gouvernance forestière de même que la structure centralisée de l'arène des choix collectifs seraient en grande partie responsables des crises qui se sont succédé et des difficultés qu'éprouvent les acteurs concernés à résoudre conjointement les problèmes engendrés par l'exploitation forestière. Par le biais d'une analyse historique, basée sur le cadre d'analyse et de développement institutionnel (IAD - Institutional Analysis and Development Framework), nous traçons le développement conjoint des institutions constitutionnelles et de gouvernance forestières depuis le début du régime anglais en 1763 jusqu'à 1986. L'étude s'appuie sur une approche qualitative comparée des documents d'archives publiques issus de cinq périodes de l'histoire du Québec, choisie en fonction des changements institutionnels survenus durant ces périodes et les problématiques propres à chacune de ces périodes : (1) le système colonial 1763-1839, (2) le Canada Uni 1840-1866, (3) le Québec souverain préindustriel 1867-1906, (4) Le Québec à l'ère des papetières 1907-1950, et (5) le Québec suivant la Révolution tranquille 1960-1986. Le cadre théorique est issu des traditions du Choix public et l'Institutionnalisme rationnel. Le suivi des processus de causalité (process tracing) et la juxtaposition des données empiriques au cadre théorique ont été utilisés pour assurer une plus grande rigueur méthodologique et augmenter notre confiance envers les résultats obtenus. L'évaluation de données empiriques soutient l'existence d'un lien probant entre l'évolution des institutions de gouvernance forestière du Québec et les intérêts des divers gouvernements qui se sont succédé. L'analyse historique de l'exploitation des forêts québécoises montre comment le droit constitutionnel exclusif détenu par le conseil exécutif du gouvernement du Québec et l'absence de contraintes efficaces sur le processus décisionnel de ce dernier ont été systématiquement employés à des fins politiques et économiques, et ce, au détriment de solutions connues pour une meilleure gestion des ressources ligneuses pour l'intérêt commun. Étant la seule entité responsable de la gestion des ressources naturelles sur le territoire public, cette thèse établit que les gouvernements qui se sont succédé au fil du temps ont exercé une influence décisive sur l'évolution des institutions de gouvernances forestières, en affectant la sélection et la réplication des idées, des valeurs et des intérêts qui ont défini le rapport des Québécois à la forêt depuis plus près de deux siècles. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Gouvernance, institutions, constitution, évolution, actions collectives

Au Québec, l'entrée en vigueur du nouveau régime forestier prévue pour avril 2013 va modifier la manière dont la forêt sera aménagée et exploitée. L'introduction du concept d'aménagement écosystémique a pour but de permettre la mise en place de pratiques garantissant à la fois le maintien d'attributs naturels et sociaux de la forêt tout en offrant un rendement suffisant pour les exploitants. Parmi ces pratiques, on compte notamment l'introduction de contraintes à l'échelle des Compartiments d'Organisation Spatiale (COS) et l'intensification de l'usage de la coupe partielle dans le but d'imiter les perturbations naturelles. Cette étude a pour objectif d'évaluer l'effet de la mise en place de stratégies d'aménagement écosystémiques sur le niveau de possibilité forestière ainsi que sur le coût des opérations et sur la valeur des bois à l'échelle d'une Unité d'Aménagement Forestier (UAF). Pour cela, nous avons évalué la rentabilité comparative de différents plans d'aménagement en calculant la Valeur Actualisée Nette (VAN) de deux types de scénarios simulés sur un horizon de 150 ans (30 périodes quinquennales), sur l'UAF 85-51 située au Nord-Ouest de l'Abitibi. Le premier scénario appelé RNI a été réalisé en conformité avec la Règlementation des Normes d'Intervention (RNI) en vigueur jusqu'à mars 2013. L'atteinte des objectifs fixés par cette réglementation a essentiellement été assurée par l'application de contraintes de forêts résiduelles et d'encadrements visuels des coupes à l'échelle des Unités Territoriales de Référence (UTR). Les trois autres scénarios appelés Aménagement Écosystémique (AMEC) ont pris en compte les enjeux du futur régime forestier concernant la répartition spatiale des agglomérations de coupe, le maintien de forêts matures et surannées, la protection d'habitats essentiels pour des espèces menacées ainsi que le maintien de la productivité du territoire. L'intégration de ces enjeux a nécessité l'application de contraintes à une échelle plus fine que celle des UTR, au niveau des Compartiments d'Organisation Spatiale (COS). Par ailleurs, l'analyse de l'effet de l'intensification de la coupe partielle a été introduite au niveau du volume cible de coupe partielle à réaliser par période quinquennale par scénario selon le gradient suivant : RNI doit réaliser 1377 ha de coupe partielle, AMEC01 doit en réaliser 1707 ha, AMEC02 3220 ha et AMEC03 5179 ha (correspondant au niveau maximum possible). Pour estimer les flux monétaires (revenus moins coûts) nécessaires au calcul de rentabilité, nous avons déterminé les coûts potentiels relatifs aux activités d'exploitation forestière (i.e. création et entretien des chemins pendant la récolte, récolte en CPRS, récolte en CP, chargement, transport, camps forestiers, droits de coupe, frais de CAAF et coûts indirects) sur l'ensemble de la période de simulation. Afin de prendre en compte la variation spatiale de ces coûts, ceux-ci ont été définis à l'échelle des COS. Nous avons ensuite déterminé les revenus potentiels en estimant un prix d'achat entrée d'usine par classe de diamètre pour les bois résineux (entre 47,91 et 67,51 $/m3) et un prix unique pour les bois feuillus (40 $/m3). En outre, l'estimation des revenus par classe de diamètre a nécessité d'associer aux données de croissance en volume de nos modèles des données correspondantes d'évolution en diamètre issues des tables de rendement de Pothier et Savard (1998). Une fois paramétrés, les scénarios ont été optimisés à l'aide du logiciel Woodstock (Saucier et Groot, 2008) afin d'estimer la possibilité forestière sur 150 ans et d'en déduire les coûts et revenus d'exploitation correspondants. Les résultats des optimisations ont montrés que le scénario RNI prévoit de récolter 3,1 million de m3 de bois par période quinquennale, soit 8,60 % de plus que le scénario AMEC01, 11 ,94 % de plus que AMEC02 et 16,35 % de plus que AMEC03. Ensuite, les résultats des contraintes introduites au niveau des COS ont montré que les scénarios AMEC permettent de réaliser un gain par rapport au RNI de 19 à 29 % au niveau de la superficie moyenne de forêts matures et surannées et de 3,8 à 5% au niveau de la superficie moyenne de forêts productives de 7 mètres et plus. Puis, les résultats de calculs de coûts d'exploitation ont montrés que ceux-ci sont légèrement plus élevés pour les scénarios AMEC que pour RNI (de 55,37 à 55,57 $/m3 pour les scénarios AMEC contre 55,14 $/m3 pour RNI). Puis, les calculs de rentabilité ont montrés que pour un taux d'actualisation initial fixe entre 2 et 6% dégressif à partir de 30 ans, tous les scénarios sont rentables, la VAN de RNI se situant entre 0,49 et 5,24 $/m3, celle de AMEC01 entre 0,45 et 7,39 $/m3, celle de AMEC02 entre 0,27 et 5,60 $/m3 et celle de AMEC03 entre 0,19 et 3,74 $/m3. Enfin, les résultats de VAN ont permis de constater que AMEC03 présente le niveau maximum de coupe partielle réalisable selon les contraintes du futur régime forestier et, comme RNI, est le seul scénario AMEC à pouvoir intégrer le rendement soutenu pour les trois groupes d'essences principales de l'UAF (SEPM, BOP et PEP). AMEC03 nous est donc apparu comme le scénario de référence par rapport au RNI. Au total, notre étude a démontré que la mise en place d'une stratégie d'aménagement écosytémique par l'introduction de contraintes au niveau des COS a pour conséquences une réduction de la surface disponible à la récolte et donc de la possibilité forestière. Cette baisse peut toutefois être amenuisée en ayant recours à la coupe partielle dont le surcoût reste marginal par rapport à la CPRS et permet à l'approche écosystémique de rester une stratégie rentable. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Aménagement écosystémique, coupe partielle, analyse de rentabilité, modélisation, plans d'aménagement, possibilité forestière.

Au Canada, le caribou forestier est une espèce peu tolérante aux effets cumulatifs des perturbations anthropiques et naturelles en forêt boréale. Le rajeunissement des mosaïques forestières entraîne une perte nette de forêts matures, un habitat critique pour le caribou forestier en saison hivernale. L'augmentation de la proportion de jeunes forêts et d'habitats en régénération ainsi que le développement de réseaux routiers pervent bouleverser les relations proies-prédateurs en favorisant la présence des prédateurs (ours, loups) et des proies alternatives (castors, orignaux) et ainsi exacerber la pression de prédation sur le caribou forestier. L'étude des domaines saisonniers (DS), calculés à l'aide des noyaux ou "kernel'', de 25 femelles caribous (2004-2007) munies de colliers émetteurs (ARGOS-GPS), a permis de mieux comprendre l'utilisation du couvert forestier naturel et aménagé dans le Nord du Québec. Des modèles mixtes ont permis de déceler des préférences dans la sélection des habitats à l'échelle des DS. Lors de la période hivernale, les caribous tendent à fréquenter les secteurs de feux récents (0-5 ans) et les peuplements forestiers avec couverture de lichens. Pour la période de mise bas, les femelles préfèrent les habitats forestiers de conifères denses. La fidélité des femelles est plus grande en saison de mise bas que lors de la période hivernale (P < 0,0001). Le caribou forestier est affecté négativement par les perturbations anthropiques, telles que les coupes et la densité des chemins dans une zone tampon de 5 kilomètres pour les deux périodes critiques. Enfin, l'extension des activités forestières favorisant les coupes à faible rétention, diminuent la connectivité entre les habitats résiduels. Une meilleure connaissance de l'organisation spatiale des exigences écologiques du caribou forestier à la fois en hiver et en saison de mise bas permettra de proposer des stratégies d'aménagement qui, couplées à des principes d'aménagement écosystémiques, pourraient favoriser le maintien du caribou forestier dans les territoires aménagés du nord du Québec. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Caribou forestier, domaines saisonniers, noyaux, sélection et utilisation des ressources, modèles mixtes.

La dendrochronologie a été utilisée pour reconstruire les épidémies de la tordeuse des bourgeons de l'épinette (Choristoneura fumiferana (Clem.)) dans 16 peuplements âgés de la forêt boréale du nord-ouest québécois. Épidémiques ont pu être déduites à partir de sept périodes prolongées de réduction de la croissance radiale chez Abies balsamea (L.) Mill. and Picea glauca (Moench) Voss: 1801-1813, 1823-1838, 1851-1867. L'estimation du temps de retour des épidémies était de 28-30 ans alors que la durée des épidémies était de 12-15 ans. La plus sévère épidémie observée depuis les 200 dernières années (1923-1934) a été associée aux températures élevées d'hiver, aux périodes humides prolongées et à l'abondance des Abies balsamea matures. Vingt-huit peuplements dominés par des sapins baumiers ont été échantillonnés pour déterminer l'influence de la composition du paysage et des caractéristiques locales sur la sévérité des diminutions de croissance radiale causées par la dernière épidémie de TBE dans le nord-ouest du Québec (1971-1985). Les peuplements ont été classifiés en trois groupes distincts selon que les effets de l'épidémie sur la croissance y étaient légers, modérés ou sévères, avec des diminutions de croissance moyennes de 24 %, 44 % et 61 % respectivement. Les épidémies furent plus sévères dans les peuplements où les hôtes ont été abondants et où le pourcentage des peuplements feuillus dans le paysage forestier a été plus faible. Les résultats de cette étude soulignent la nécessité de considérer le contexte spatial des peuplements pour évaluer leur vulnérabilité aux épidémies de TBE. Dans ces peuplements sensibles aux épidémies, les patrons de mortalité des sapins suite à la dernière épidémie ont été étudiés en relation avec l'abondance de feuillus dans le paysage. Le pourcentage de sapins morts diminue significativement (p<0,05) dans les peuplements à forte présence de feuillus à proximité. Alors que les gros sapins (> 20 cm) ont tous le même risque de mourir durant les épidémies, les plus petits sont dans 20% des cas moins susceptibles de mourir dans des peuplements entourés par des forêts feuillues. Les patrons temporels de mortalité des arbres varient également selon la présence de feuillus dans le paysage. Alors que la plupart des sapins ont été tués en 1984 dans les paysages contenant moins de 50% de feuillus, les peuplements entourés de plus de feuillus ont connu aussi de la mortalité mais sur une plus longue période. La variabilité des patrons de mortalité du sapin baumier qui a été observée est susceptible d'entraîner des trouées dans la forêt pouvant varier considérablement quant à leurs tailles et taux de formation, ceci pouvant avoir d'importantes implications dans les patrons de succession de la forêt suivant des épidémies de TBE. À ce sujet, quatre voies de succession potentielle sont proposées. La variation dans la réduction de la croissance radiale des sapins lors de la dernière épidémie de TBE au Nouveau-Brunswick a été examinée en relation avec l'abondance des peuplements dominés par des feuillus dans la mosaïque forestière, l'historique des pulvérisations d'insecticides ainsi que la topographie. L'abondance des peuplements feuillus dans la mosaïque forestière a expliqué 12% à 33% de la variation dans la diminution de la croissance entraînée par la TBE. Les différences dans la diminution de la croissance entre les peuplements étaient plus marquées au cours des années initiales de l'épidémie (1972-1980), particulièrement en 1976 alors que les réductions moyennes furent autour de 40% dans les peuplements composés de moins de 50% de feuillus et de 20% dans les peuplements composés de plus de 50% de feuillus. Les relations entre la variation dans la réduction de croissance entre les peuplements et la topographie ou l'historique des pulvérisations d'insecticides étaient moins constantes que celles avec l'abondance de feuillus dans la mosaïque forestière. Nos résultats laissent croire qu'augmenter l'abondance d'arbres feuillus dans le paysage forestier pourrait contribuer à réduire l'impact des épidémies de TBE sur les espèces résineuses commerciales. Le Système d'Aide à la Décision concernant la tordeuse des bourgeons de l'épinette (SAD TBE) a été utilisé pour estimer les volumes de bois qui seraient perdus suite à une autre épidémie à la Forêt d'enseignement et de recherche du Lac Duparquet dans le nord-ouest du Québec. Les pertes de sapins et d'épinettes estimées ont varié de 0 à 92000 m³ pour tous les scénarios d'épidémies modérées et de 80000 à 148 000 m³ pour des scénarios d'épidémies sévères. Dans le premier cas, les variations dans les pertes estimées pourraient refléter des différences régionales dans la sévérité de la défoliation bien que cette tendance puisse être masquée par les types de données desquelles les modèles de prédiction ont été dérivés. Par ailleurs, les pertes prédites par les scénarios d'épidémies sévères ont différé sensiblement lorsque l'effet de la présence des feuillus dans les forêts sur les patrons de défoliation a été pris en considération. Les pertes estimées étaient de 17% moins importantes quand les modèles de défoliation tenaient compte de l'abondance des feuillus dans le paysage entourant le peuplement et de 46 % quand les modèles tenaient compte à la fois de l'abondance des feuillus dans les peuplements à l'étude de même que dans ceux les entourant. Les résultats de la présente thèse ont permis d'enrichir les connaissances fondamentales concernant les épidémies de TBE, une perturbation naturelle et importante des forêts boréales et mixtes de l'est du Canada. Ces informations constituent une base de laquelle on pourrait mieux prédire les impacts des épidémies de TBE à venir et offrent des solutions de gestion pour minimiser leurs effets socio-économiques. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Tordeuse des bourgeons de l'épinette (Choristoneura fumiferana), Sapin baumier (Abies balsamea), Les impacts des épidémies d'insectes, Dendrochronologie, Biodiversité et le paysage forestier, Le Système d'Aide à la Décision concernant la tordeuse des bourgeons de l'épinette.