Thèse ou mémoire avec insertion d'articles / La gestion scientifique des forêts implique l'utilisation de diverses techniques pour maintenir le développement économique et durable des forêts, en améliorant la qualité de vie des communautés qui en dépendent. La conception des réseaux de routes forestières est cruciale pour une gestion efficace des forêts, car elle garantit l'accès et la connectivité aux différentes parties de la forêt, telles que les zones de récolte ou les zones de protection contre les incendies, par exemple. Les routes forestières sont un élément essentiel de la gestion forestière, mais leur construction a des implications environnementales significatives. Elles constituent également l'aspect le plus coûteux de l'infrastructure forestière. Pour concevoir un réseau de routes forestières efficace, il est essentiel de trouver un équilibre entre des exigences concurrentes telles que la durabilité et la rentabilité. La participation du public et la consultation des communautés locales et des parties prenantes sont essentielles pour s'assurer que le réseau routier proposé répond aux besoins de tous les utilisateurs tout en minimisant les coûts et les impacts environnementaux. Cette thèse vise à fournir une analyse documentaire complète de la conception des réseaux routiers forestiers et à identifier les modèles et approches développés pour la conception d'un réseau routier forestier efficace et durable. Alors que les études précédentes se sont concentrées sur l'évaluation et l'optimisation de la construction et de l'entretien des routes forestières, cette étude vise à examiner les défis et les modèles de conception des réseaux routiers forestiers en termes de développement durable. Plus précisément, l'étude analyse les principales questions liées à l'optimisation de la conception du réseau de routes forestières, telles que la participation des parties prenantes à la prise de décision, l'incertitude dans les modèles d'optimisation, le changement climatique et les émissions de CO₂ dans le cadre de l'analyse documentaire. Les résultats de cette revue systématique de la littérature fournissent une évaluation complète de l'état actuel des connaissances en matière de conception de réseaux de routes forestières et soulignent l'importance des recherches en cours dans ce domaine. Nos résultats suggèrent que des recherches ont été menées en utilisant diverses approches, que les variables ont été soigneusement sélectionnées et analysées, et que certaines contraintes ont été prises en compte dans une certaine mesure. Cependant, malgré ces efforts, les recherches indiquent qu'il existe toujours un besoin d'une investigation plus approfondie, notamment en ce qui concerne la durabilité de la conception du réseau routier forestier. En outre, les résultats mettent en évidence le manque d'attention accordée aux préoccupations et aux intérêts des décideurs politiques, ainsi qu'un manque de coopération entre les parties prenantes, et un soutien insuffisant aux multiples parties prenantes. L'étude identifie également plusieurs applications spéciales dans la conception des réseaux de routes forestières, telles que la recherche de l'emplacement optimal et la construction de nouvelles routes, l'optimisation de l'entretien des routes existantes, et l'équilibre entre le coût de construction des routes et l'accès aux ressources. En intégrant une série de facteurs pertinents, cette étude offre des indications précieuses pour l'industrie forestière afin de développer des réseaux de routes forestières plus durables et efficaces. Dans l'ensemble, cette thèse contribue à l'avancement de la recherche sur la conception des réseaux routiers forestiers en fournissant une analyse critique de la littérature existante et en soulignant les lacunes et les défis dans le domaine. Cette thèse constitue une ressource précieuse pour les décideurs politiques, les gestionnaires forestiers et les chercheurs qui cherchent à concevoir et à mettre en œuvre des réseaux de routes forestières durables qui équilibrent les objectifs écologiques, sociaux et économiques. / Scientific forest management involves using various techniques to maintain the economic and sustainable development of forests, improving the quality of life for forest-dependent communities. The design of forest road networks is crucial for effective forest management as it ensures access and connectivity to various parts of the forest, such as harvesting areas or fire management zones. Forest roads are a critical component of forest management, but their construction has significant environmental implications and is also the costliest aspect of forest infrastructure. To design an efficient forest road network, it is essential to balance competing demands such as sustainability and profitability. Public participation and consultation with local communities and stakeholders are crucial to ensure that the proposed road network copes with the necessities of all users while minimizing costs and environmental impacts. The thesis aims to provide a comprehensive literature review of forest road network design and identify the developed models and approaches for designing an efficient and sustainable forest road network. While previous literature reviews have focused on the evaluation and optimization of forest road construction and maintenance, this research strives to investigate the challenges and models of forest road network design in terms of sustainable development. Specifically, the study analyzes the main issues related to forest road network design optimization, such as stakeholder participation in decision-making, uncertainty in optimization models, climate change, and CO₂ emissions as part of the literature review. The findings of this systematic literature review provide a comprehensive assessment of the current state of the art in forest road network design and highlight the importance of ongoing research in this area. Our findings suggest that research has been conducted using various approaches, variables have been carefully selected and analyzed, and constraints have been taken into account to some extent. However, despite these efforts, the research indicates that there is still a need for more investigation, specifically in terms of the sustainability of forest road network design. Furthermore, the results highlight the lack of attention given to the concerns and interests of policymakers, as well as a lack of cooperation between stakeholders, and insufficient support for multiple stakeholders. The study also identifies several special applications in forest road network design, such as finding the optimal location and construction of new roads, optimizing the maintenance of existing roads, and balancing the trade-off between road construction cost and access to resources. By incorporating a range of relevant factors, this study offers valuable insights for the forestry industry to develop more sustainable and efficient forest road networks. Overall, this thesis contributes to the advancement of forest road network design research by providing a critical analysis of the existing literature and highlighting the gaps and challenges in the field. The thesis offers a valuable resource for policymakers, forest managers, and researchers who seek to design and implement sustainable forest road networks that balance ecological, social, and economic objectives.

Dans la littérature académique et professionnelle relative au transport de marchandise, il y a longtemps que les méthodes de planification avancées ont été identifiées comme un moyen de dégager des économies grâce à une efficacité accrue des opérations de transport. Plus récemment, la collaboration interentreprises dans la planification du transport a été étudiée comme une source de gain supplémentaire en efficacité et, par conséquent, une opportunité pour dégager de nouvelles économies pour les collaborateurs. Cependant, la mise en œuvre d'une collaboration interentreprises en transports soulève un certain nombre d'enjeux. Cette thèse aborde trois thèmes centraux de la collaboration interentreprises et démontre les contributions via des études de cas dans l'industrie forestière et du meuble. Premièrement, les moyens technologiques pour soutenir une collaboration en planification du transport sont étudiés. Un système d'aide à la décision supportant la collaboration en transport forestier est présenté. Deuxièmement, le partage entre les collaborateurs du coût commun en transport est étudié. Une méthode de répartition du coût de transport tenant compte de l'impact - l'augmentation du coût de transport - des exigences inégales entre des collaborateurs est proposée. Troisièmement, la création de groupes collaboratifs - des coalitions - dans un ensemble de collaborateurs potentiel est étudiée. Un modèle réseau pour la formation d'une coalition selon les intérêts d'un sous-ensemble de collaborateurs adoptant ou pas un comportement opportuniste est détaillé. De plus, pour soutenir l'étude des thèmes précédents, la thèse comprend deux revues de la littérature. Premièrement, une revue sur les méthodes de planification et les systèmes d'aide à la décision en transport forestier est présenté. Deuxièmement, à travers la proposition d'un cadre pour créer et gérer une collaboration en transport et, plus généralement en logistique, une revue de travaux sur le transport et la logistique collaborative est offerte. / In the academic and professional literature on freight transportation, computer-based planning methods have a long time ago been identified as a means to achieve cost reduction through enhanced transportation operations efficiency. More recently, inter-firm collaboration in transportation planning has been investigated as a means to provide further gains in efficiency and, in turn, to achieve additional cost reduction for the collaborators. However, implementation of inter-firm collaboration in transportation raises a number of issues. This thesis addresses three central themes in inter-firm collaboration and exemplifies the contributions in case studies involving collaboration in furniture and forest transportation. First, technological means to enable collaboration in transportation planning are studied. Embedding a computer-based planning method for truck routing, a decision support system enabling collaborative transportation is presented. Second, sharing the common transportation cost among collaborators is studied. A cost allocation method taking into account the impact - an increase of the transportation cost - of uneven requirements among collaborators is proposed. Third, building collaborating groups (i.e. coalitions) among a set of potential collaborators is studied. A network model for coalition formation by a subset of self-interested collaborators adopting or not an opportunistic behaviour is detailed. Moreover, to support the study of the aforementioned themes, the thesis includes two literature reviews. First, a survey on planning methods and decision support systems for vehicle routing problem in forest transportation is presented. Second, through the proposition of a framework for building and managing collaboration in transportation and, more generally in logistics, a survey of works on collaborative transportation and logistics is given.

En forêt publique québécoise, les traverses de cours d'eau sont principalement aménagées par l'industrie forestière et leur entretien revient aux utilisateurs qui les fréquentent régulièrement. Celles qui sont situées sur des chemins à faible fréquentation peuvent être laissées à l'abandon après leur utilisation intensive. Cette étude vise à orienter la prise de décisions en lien avec l'aménagement de ces ouvrages lors de la planification du développement de ces chemins en comparant trois modes de gestion. Ils sont l'abandon d'un ponceau simple, la fermeture à l'échelle d'un ponceau simple ou d'un ouvrage amovible et la mise hors service d'un ponceau simple. Pour chaque mode de gestion, la nature des interventions a été documentée dans une structure de découpage des opérations, leurs coûts ont été estimés à l'aide d'évaluations à trois valeurs (optimistes, probables, pessimistes) et les facteurs pouvant les influencer ont été regroupés en critères potentiels d'efficacité. Les données recherchées ont été obtenues par la consultation de la littérature scientifique et grise, la consultation d'experts et la documentation de sites d'étude. Les résultats qui découlent de leur analyse se limitent aux interventions associées à l'aménagement et au démantèlement des traverses de cours d'eau. Pour un ponceau simple, ils suggèrent que l'abandon est le mode de gestion le moins coûteux, mais qu'il comporte les plus grands impacts et risques. La fermeture permet d'éviter ces impacts à des coûts inférieurs au double des coûts de l'abandon. La mise hors service, qui utilise les traverses à gués aménagées par enrochement, permet aussi de limiter ces impacts tout en maintenant un accès limité au territoire, et ce, à des coûts inférieurs ou similaires au double des coûts de l'abandon. Les résultats suggèrent aussi que la fermeture suite à l'usage d'un ouvrage amovible pourrait être moins coûteuse que l'abandon pour les ouvrages de grandes dimensions.

Le réseau routier forestier québécois compterait près de 400 000 km de chemins mais aucune caractérisation à large échelle de l’état des infrastructures routières, et plus précisément des traverses de cours d’eau, n’a encore été effectuée à ce jour. Ce projet visait à étudier la fréquentation et l’entretien des chemins, l’état des traverses et leur durée de vie. Les observations relevées sur le terrain dans de petits bassins versants d’une dizaine de kilomètres carrés ont ensuite permis d’extrapoler les résultats à de plus grands territoires. Il a été découvert que la plus récente base de données gouvernementale de chemins était incomplète. En effet, certains chemins n’ont jamais été cartographiés tandis que d’autres ont disparu des bases de données. Par conséquent, plusieurs bases de données ont été utilisées pour quantifier le nombre total de chemins. Les caractéristiques des chemins contenues dans les bases de données et le type de territoire faunique ont ensuite permis d’estimer leur niveau de fréquentation et d’entretien. Il y aurait 29% de chemins fréquentés, 34% de chemins peu fréquentés et 37% de chemins abandonnés. Uniquement 21% du total de ces chemins seraient entretenus. Ensuite, il a été démontré que l’état des traverses dépendait des matériaux, de leur âge et de l’entretien des chemins. Il y aurait en moyenne 54% des traverses de cours d’eau dans un état de dégradation avancé. Les vieux chemins non entretenus abritaient la plus grande proportion de traverses en mauvais état. La localisation des traverses à partir de données cartographiques s’est avéré être inefficace car les bases de données de chemins et de cours d’eau étaient trop incomplètes pour générer des résultats satisfaisants. Enfin, il a été démontré que la durée de vie des traverses en bois, en plastique et en acier était respectivement inférieure à 23 ans, supérieure à 17 ans et entre 25 et 30 ans.

Ce travail a pour but de présenter une méthode devant faciliter la prise de décisions au niveau de la planification des opérations forestières. Il constitue une approche partielle au développement d'un modèle dynamique d'aménagement forestier, projet mis sur pied par des professeurs de la Faculté de Foresterie et de Géodésie de l'Université Laval en 1973. La méthode de planification proposée tente d'apporter une solution aux problèmes de la localisation des aires de coupe et de l'établissement du réseau routier. Les principaux objectifs poursuivis sont les suivants : - optimisation du réseau routier en fonction de critères économiques, - regroupement des opérations annuelles, - minimisation des fluctuations annuelles relatives au volume récolté, à la superficie traitée et ä la construction de chemin. Les aires de coupe sont localisées de façon à ce que soit respectée la possibilité de coupe déterminée lors de la réalisation du plan d'aménagement. Les diverses contraintes ayant trait à la protection du territoire et à l'aménagement intégré des ressources forestières sont également prises en considération. Voici quelles sont les principales étapes de la méthode proposée : 1) localisation des peuplements pouvant faire l'objet d'intervention pendant la durée du plan d'exploitation et établissement d'un ordre de chaque type de traitement; 2) classification des unités de territoire suivant un ordre de priorité pour la construction de chemins; 3) simulation de réseaux routiers correspondant à diverses distances de débardage; chaque simulation implique les étapes suivantes : - tracé des chemins d'exploitation de façon à desservir les peuplements susceptibles d'être exploités; - choix des aires de traitement annuelles; - tracé définitif des chemins; - définition des classes de qualité de chemin en fonction du volume ligneux transporté; - localisation des jetées et allocation des unités de coupe aux jetées; - calcul des coûts reliés à la construction du réseau routier simulé. La prise de décision finale s'effectue par la comparaison des coûts résultant de chacune des options simulées.

L’exploitation forestière implique la mise en place d’un dense réseau de routes. Au Canada, 15 000 km de nouvelles routes forestières sont construites annuellement, s’ajoutant ainsi à la fragmentation causée par l’exploitation de 6 100 km2 de forêt par an. De plus, la structure de la végétation proche des routes forestières est souvent différente de celle rencontrée ailleurs, ce qui pourrait influencer les comportements d’approvisionnement de la faune et ses déplacements. Les ouvertures du couvert forestier pourraient par conséquent affecter les patrons de déplacement de la faune, mais cette conséquence est peu documentée. Nous avons évalué le comportement de déplacement de la Martre d'Amérique (Martes americana) en réponse aux lisières forestières créées par les routes et les coupes, à la Forêt Montmorency, forêt d’enseignement et de recherche de 66 km2 localisée au nord de la ville de Québec, Canada. Durant 3 hivers, 84.6 km de pistes de martre ont été suivies à raquettes et géoréférencées par GPS. La répartition des pistes de Martre d’Amérique était indépendante de la proximité des lisières de routes et de coupe. Par contre, les martres avaient tendance à se déplacer de façon parallèle aux lisières, en lien avec l’occurrence plus élevée de ses deux principales proies, l’Écureuil roux (Tamiasciurus hudsonicus) et le Lièvre d’Amérique (Lepus americanus), à proximité des lisières de routes et de coupes. Cette association entre les proies et les lisières était elle-même associée aux changements de végétation à proximité des lisières. En conclusion, des attributs de végétation des lisières pourraient expliquer à la fois le patron de distribution des proies et indirectement, les déplacements des martres. / Large-scale forestry fills boreal landscapes with roads and clearcuts. In Canada alone, 15,000 km of new forestry roads are built annually, adding to habitat fragmentation caused by the logging of 6 100 km2 of forest annually. Furthermore, vegetation near forestry roads often differs from vegetation elsewhere, and may influence animal foraging and other movements. Gaps in the forest cover may therefore affect species distribution patterns, but underlying mechanisms are unknown most of the time. We asked whether and how American marten (Martes americana) respond to forest edges adjoining roads and clearcuts at the Montmorency Research Forest, a 66-km2 area north of Quebec City, Canada. We followed 84.6 km of marten tracks by snowshoe over 3 winters, and recorded their location with high-resolution GPS receivers. The distribution of marten tracks was independent of distance to road or clearcut edges. However, martens tended to move along edges, apparently because of the higher occurrence of prey (squirrels Tamiasciurus hudsonicus and hares Lepus americanus) near clearcut and road edges. High prey abundance near edges was itself associated to vegetation differences close to edges. I conclude that edge effects on vegetation affected prey distribution, which in turn affected marten movements.

Ce travail a pour but de présenter une méthode devant faciliter la prise de décisions au niveau de la planification des opérations forestières. Il constitue une approche partielle au développement d'un modèle dynamique d'aménagement forestier, projet mis sur pied par des professeurs de la Faculté de Foresterie et de Géodésie de l'Université Laval en 1973. La méthode de planification proposée tente d'apporter une solution aux problèmes de la localisation des aires de coupe et de l'établissement du réseau routier. Les principaux objectifs poursuivis sont les suivants : - optimisation du réseau routier en fonction de critères économiques, - regroupement des opérations annuelles, - minimisation des fluctuations annuelles relatives au volume récolté, à la superficie traitée et ä la construction de chemin. Les aires de coupe sont localisées de façon à ce que soit respectée la possibilité de coupe déterminée lors de la réalisation du plan d'aménagement. Les diverses contraintes ayant trait à la protection du territoire et à l'aménagement intégré des ressources forestières sont également prises en considération. Voici quelles sont les principales étapes de la méthode proposée : 1) localisation des peuplements pouvant faire l'objet d'intervention pendant la durée du plan d'exploitation et établissement d'un ordre de chaque type de traitement; 2) classification des unités de territoire suivant un ordre de priorité pour la construction de chemins; 3) simulation de réseaux routiers correspondant à diverses distances de débardage; chaque simulation implique les étapes suivantes : - tracé des chemins d'exploitation de façon à desservir les peuplements susceptibles d'être exploités; - choix des aires de traitement annuelles; - tracé définitif des chemins; - définition des classes de qualité de chemin en fonction du volume ligneux transporté; - localisation des jetées et allocation des unités de coupe aux jetées; - calcul des coûts reliés à la construction du réseau routier simulé. La prise de décision finale s'effectue par la comparaison des coûts résultant de chacune des options simulées.

La forêt boréale canadienne est fragmentée par plusieurs centaines de milliers de kilomètres de routes. Ces routes sont souvent construites sur des tourbières, un type de milieu humide caractérisé par son accumulation de tourbe, ce qui peut avoir plusieurs impacts sur l'environnement, comme la perturbation de la circulation de l'eau, la perte locale de séquestration du carbone et l'enrichissement en nutriments du site adjacent à la perturbation. Une nouvelle approche de restauration a été testée sur une tourbière affectée par un chemin utilisé dans le cadre de l'extraction des sables bitumineux dans la région de Fort McMurray en Alberta. Cette nouvelle approche consiste en l'extraction partielle du substrat minéral formant la route, l'application de matériel végétal directement sur le substrat minéral résiduel exposé, et la création de canaux souterrains pour favoriser la circulation de l'eau au niveau de la nappe phréatique à travers la route. Le succès de la méthode de restauration a été évalué en fonction de quatre objectifs : 1) rétablir l'homogénéité de la nappe phréatique de part et d'autre de la route; 2) établir de conditions de surface favorables à des communautés végétales typiques des fens; 3) limiter l'impact de la route sur les conditions physico-chimiques de la tourbière entourant la route; et 4) favoriser le retour de communautés végétales typiques des tourbières de la région. Les résultats de cette étude démontrent que la technique de restauration employée permet une meilleure circulation de l'eau et des conditions de surface favorables aux espèces ciblées. Malgré ces améliorations, la route continue à exercer un léger effet de barrage dans les six premiers mètres de la tourbière adjacente. Un effet d'enrichissement en nutriments de la tourbière a été constaté jusqu'à une distance de 2 m d'éloignement de la route. Le succès du rétablissement des communautés végétales n'a pu être confirmé au cours de cette étude se déroulant les deux premières années post-restauration, comme la régénération de communautés ciblées peut prendre plus de trois années. Comme ce projet est l'un des premiers à tester le transfert de la couche muscinale directement sur substrat minéral d'une route, une expérience en serre a également été effectuée afin de déterminer quelles espèces de sphaignes et d'autres mousses sont les mieux adaptées à la colonisation du substrat minéral dans le nord de l'Alberta. Le taux de survie de sept espèces de bryophytes a été évalué sur une période de quatre mois en fonction de la présence ou l'absence d'ombrage. Toutefois, d'autres expériences en serre seront nécessaires pour corroborer ces résultats, et pour étudier un plus grand nombre d'espèces de mousses et ainsi déterminer quels taxons sont plus aptes à coloniser un substrat minéral. Bien que davantage de recherches soient nécessaires, les connaissances acquises lors de cette étude permettront à l'industrie, à des instances gouvernementales et d'autres organismes œuvrant dans les milieux humides à continuer de développer des techniques de restauration prometteuses sur substrat minéral en milieu humide et ainsi promouvoir un développement plus durable en réduisant leur empreinte écologique. / The Canadian boreal forest is fragmented by several hundreds of thousands of kilometers of roads. These roads are often built on peatland, a type of wetland characterized by its accumulation of peat. Roads can have several impacts on the environment, such as the nutrient enrichment of the nearby peatland and the disruption of the water flow. A new reclamation approach was tested on a bog disturbed by a road used for oil sands extraction in the Fort McMurray region, in Alberta. This new approach consists in the partial extraction of the road mineral substrate (in order to rewet the road), the application of the Moss Layer Transfer Technique directly on the residual mineral substrate, and the creation of channels to induce a better water flow at the water table level through the road. The success of the restoration technique is assessed on the basis of four objectives: 1) restoring the homogeneity of the water table on both sides of the road; 2) establishing surface conditions favorable to the target plant communities; 3) mitigating the impact of the road on the physicochemical conditions of the adjacent peatland; 4) restoring plant communities typical of the region's peatlands. The results of this study show that the restoration technique used makes it possible to induce better water flow and surface conditions favorable for the targeted species. However, despite these improvements, the road continues to have a dam effect on the water flow coming from the adjacent peatland. Additionally, an enrichment effect for several chemical elements and components up to a distance of 2 m from the road have been measured in the peatland. As this project is one of the first of its kind to apply the Moss Layer Transfer Technique directly on mineral substrate of a road, a greenhouse experiment was carried out to determine which Sphagnum and other moss species are best suited for the colonization of mineral substrate in northern Alberta. The survival of seven bryophyte species was assessed over a four-month period based on the presence or absence of shading. Further greenhouse experiments will be needed to corroborate these results, to study a greater number of moss species and thus determine which taxa are more apt to colonize a mineral substrate. Although more research is needed, the knowledge acquired during this study will allow industry, government and other organizations working in wetlands to continue to develop promising wetland restoration techniques on mineral substrate and thus promote a more sustainable development by reducing their ecological footprint.

Au Québec, les chemins forestiers causent de nombreuses répercussions environnementales en modifiant les caractéristiques de l’écosystème. L’augmentation de la densité du réseau routier a manifestement des effets négatifs sur la biodiversité. Le droit applicable au territoire forestier québécois prend-il en compte de manière appropriée ces effets sur la biodiversité? Afin de répondre à cette question, le droit applicable aux chemins forestiers est abordé sous deux angles d’analyse : l’approche de droit classique puis l’approche innovatrice. Selon l’angle d’approche, chaque source du droit est décrite, puis, analysée en se basant sur les trois stratégies suivantes : (1) Réduction significative de la construction des routes, (2) Limitation d’accès, fermeture et reboisement des routes, (3) Mesures d’atténuation des impacts liés aux routes. Au final, on constate que le droit applicable aux chemins forestiers du Québec prend en compte indirectement, mais de diverses manières, les effets potentiellement nuisibles à la biodiversité.