La compaction des sols est un processus majeur contribuant à la dégradation de la structure des sols agricoles et qui cause des dommages économiques directs et indirects très importants pour l'industrie agricole nord-américaine. Bien que l'utilisation des machines agricoles lourdes soit la responsable de la compaction, ce sont les propriétés physiques du sol et surtout son état hydrique qui détermine sa résistance à la compression. L'hypothèse de départ de cette étude supposait que la courbe de rétention en eau (teneur en eau-succion) démontre le dynamisme de la succion matricielle à l'égard de l'effet de plusieurs autres caractéristiques physique du sol. L'allure de la courbe peut donc nous fournir, de façon dynamique, l'effet des caractéristiques physique du sol sur son comportement mécanique (sa consistance). L'objectif de cette étude est de combiner la courbe de rétention en eau dans des modèles constitutifs disponibles dans le logiciel d'éléments finis "Geo-Slope" afin d'améliorer la performance de ces modèles pour les sols non saturés. Le but est donc la mise en évidence de l'effet de la succion matricielle sur le comportement mécanique des sols non saturés et de réduire ainsi les tâches expérimentales d'étude du comportement mécanique des sols agricoles. Ce travail de recherche a été effectué en deux volets : expérimental et simulation. Des essais de la compression uniaxiale, pour différentes teneurs en eau, ainsi que les courbes de rétention en eau de 20 séries de sols agricoles ayant de texture variée et provenant de la province du Québec ont été réalisés. Nos résultats montrent que la pression de préconsolidation diminue à mesure que le taux d'humidité augmente jusqu'au potentiel matriciel de la capacité au champ. Par contre, le taux d'humidité n'avait pas d'effet sur l'indice de compression de ces sols. D'ailleurs, l'augmentation du pourcentage d'argile faisait augmenter la pression de préconsolidation. L'indice de compression augmentait aussi avec l'augmentation de la quantité d'argile jusqu'à 33 %, au-delà duquel il diminuait. Pour ce qui est les seuils des domaines hydriques, le seuil "w," a été localisé, pour les sols de texture moyenne de la série Joly, à la teneur en eau de 22 % qui est équivalente au potentiel matriciel de la capacité au champ mais, le seuil "w2" n'a pas été localisé pour aucun sol. Les simulations de la compressibilité par les trois modèles constitutifs disponibles dans le logiciel d'éléments finis "Geo-Slope", combinés avec la courbe de rétention en eau, démontrent que le modèle cam-clay a une meilleure concordance par rapport aux résultats expérimentaux malgré une faible surestimation. Le modèle hyperbolique et le modèle linéaire élastique, par contre, font des sous-estimations non négligeables de la déformation volumique. La procédure de la validation des modèles calibrés, sur un sol sableux, nous révèle que les écarts du modèle hyperbolique et surtout celui du linéaire élastique deviennent plus importants avec l'augmentation de la teneur en argile du sol où le comportement mécanique du sol s'éloigne du comportement linéaire. La déformation brutale et disproportionnée des sols sablonneux qui survient dès les premières étapes de chargement n'a pas été révélée par aucun de ces trois modèles.

Titre de l'écran-titre (visionné le 5 février 2024) / La culture d'amande en Californie nécessite un apport en eau d'irrigation de plus 1000 mm annuellement. Avec les changements climatiques amplifiant cette dépendance à l'irrigation, il est essentiel d'optimiser la gestion de l'irrigation pour cette culture. Le premier objectif de ce projet était donc de déterminer la conduite d'irrigation optimale pour maximiser les rendements et l'utilisation de l'eau. Le second objectif visait à établir quelles variables complémentaires à la mesure de tension hydrique du sol peuvent être utilisées pour détecter l'apparition et la résorption d'un stress hydrique chez l'amandier. Enfin, le troisième objectif consistait à déterminer quelle stratégie d'irrigation est la plus rentable pour les producteurs. Pour ce faire, un plan en blocs complets aléatoires de 1 hectare (sept traitements répétés dans 4 blocs) a été mis en place chez un producteur. Les traitements étaient composés de techniques traditionnelles de gestion (seuil de tension fixe, évapotranspiration de la culture (ETc) et gestion humaine) et de méthodes utilisant l'intelligence artificielle pour le démarrage de l'irrigation, et furent divisés en trois grandes catégories : (i) sans stress hydrique, (ii) stress hydrique constant durant la saison de croissance et (iii) stress hydrique pendant certains stades de croissance spécifiques. Des mesures de potentiel hydrique du xylème, température foliaire et vitesse du flux de sève ont été effectuées à l'aide de différents capteurs placés dans les unités expérimentales afin de valider leur capacité à complémenter la mesure de tension hydrique du sol dans la gestion de l'irrigation. Les résultats n'ont montré aucune différence de rendement entre les traitements imposant un stress hydrique en comparaison avec le traitement sans stress hydrique, mais une diminution significative de la quantité d'eau appliquée fut observée. Tous les capteurs mis à l'essai ont montré une bonne corrélation entre eux lors d'un évènement prolongé sans irrigation avant la récolte. De plus, l'indice de stress hydrique (CWSI) calculé à partir des capteurs infrarouges a montré une bonne corrélation avec les mesures de rendement. En termes de profitabilité, le traitement combinant l'expertise d'un conseiller d'irrigation et de mesures précises de tensions hydriques du sol a obtenu la meilleure performance. / To achieve high yields in almond orchards, growers must irrigate to compensate a water deficit of over 1000 mm each year. This amount of water must, however, be reduced due to climate change decreasing winter precipitation, which results in less available water for irrigation during the growing season. Thus, the first objective of the project was to establish the best irrigation strategy to maximize yield and water usage. The second objective was to determine the best complementary variable to the soil tension to detect the onset of tree water stress and subsequent recovery upon irrigation . The third objective was to establish the best irrigation strategy to maximize profitability. Seven completely automated irrigation treatments were compared (four blocks, 28 plots of five trees each). Among the treatments, there were traditional irrigation management techniques (constant soil tension values, crop evapotranspiration (ETc), and human management) as well as artificial intelligence treatments (AI). Those treatments encompassed three irrigation strategies: no stress (control), regulated deficit irrigation (RDI) and sustainable deficit irrigation (SDI). Stem water potential, sap flow velocity and infrared sensors were installed in several experimental units to validate their capacity to complement soil tension to manage irrigation. Results indicate no significant differences in yield between deficit irrigation treatment and the control, but significantly less water was applied in those treatments. Water stress variables during the preharvest period were well correlated with each other which is promising to find a complementary variable. Furthermore, crop water stress index (CWSI) calculated using infrared sensors showed a good correlation with almond yield. In terms of profitability, the treatment using an irrigation advisor with in situ soil tension data performed the best.

Les changements climatiques actuels et ceux qui sont à venir auront des répercussions importantes sur le développement des arbres de nos forêts. Dans cette étude, nous avons examiné les impacts potentiels des changements climatiques sur la germination et le développement initial des plantules d'espèces d'arbres des forêts tempérées nordiques et boréales ayant une importance économique et écologique au Québec, soit le bouleau jaune, le chêne rouge, l'épinette blanche, l'épinette noire, le pin blanc, le pin gris, l'érable rouge et l'érable à sucre. Ces deux processus représentent des étapes importantes dans le cycle de vie des arbres. Deux principales thématiques ont été abordées : le rôle de la diminution du couvert de neige en hiver sur la germination au printemps ainsi que les effets de l'augmentation des températures et de la modification des conditions hydriques du sol sur la germination et le développement initial des plantules. Le premier chapitre avait pour objectif d'évaluer l'impact de la réduction du couvert de neige sur la germination des arbres des forêts tempérées et boréales. Une expérience a été effectuée sous couvert forestier à la Station touristique Duchesnay afin de tester l'effet de différentes épaisseurs de neige sur la germination au printemps. Quatre traitements d'épaisseur de neige ont été appliqués lors de l'hiver 2021-2022: témoin (aucune intervention pour modifier l'épaisseur de neige), 50 % de la hauteur de neige du témoin, 30 cm et moins de 10 cm. Les résultats ont montré que la réduction du couvert de neige n'a pas significativement affecté le contenu en eau du sol, mais les traitements avec moins de neige ont montré plus de cycles de gel-dégel au printemps, ce qui pourrait nuire à la germination de certaines espèces. La germination a été influencée par l'épaisseur de la neige pour certaines espèces, telles que le chêne rouge, l'érable à sucre et le pin blanc, qui ont montré une réduction significative des taux de germination sous un couvert de neige de moins de 10 cm. En revanche, l'épinette blanche et l'épinette noire n'ont pas été affectées de manière significative. Ces différences pourraient être dues à une meilleure tolérance au froid des espèces plus nordiques. Ces résultats indiquent que certaines espèces d'arbres sont plus sensibles à la réduction du couvert de neige, ce qui pourrait avoir des implications importantes pour la régénération forestière dans le contexte des changements climatiques futurs. Le second chapitre avait pour objectif de comprendre comment la germination et les premiers stades de développement de cinq espèces d'arbres des forêts tempérées et boréales seraient affectés par différents degrés de sécheresse. Des études antérieures avaient soulevé de potentiels problèmes au niveau de la germination de plusieurs espèces végétales face à l'augmentation de la température et/ou une diminution de la disponibilité en eau du substrat de germination. Une expérience factorielle en milieu contrôlé a donc été élaborée en combinant deux régimes de températures (présent et future [horizon de temps : 2071-2100 - RPC 8.5]) et quatre potentiels hydriques (0, -0,2, -0,4 et -0,6 MPa). L'augmentation d'environ 5 °C des températures durant une partie du printemps a semblé entraîner une accélération générale de la vitesse de germination pour les cinq espèces, une augmentation du pourcentage de germination pour le pin gris et le bouleau jaune et une biomasse plus élevée pour le pin gris et le pin blanc. Cependant, une diminution du pourcentage et de la vitesse de germination a été observée avec l'augmentation des stress hydriques pour la majorité des espèces, à l'exception du pin gris dont le pourcentage de germination n'a pas été affecté par ces niveaux de stress. L'allocation de la biomasse au sein des plantules semble avoir subi un effet similaire à celui observé pour la germination, indiquant que le stress hydrique nuit au développement de chaque partie des plantules (aérienne et souterraine). Les résultats indiquent également que l'augmentation de la température de 5 °C pourrait contrebalancer les effets des stress hydriques plus élevés, permettant ainsi d'augmenter la germination de l'épinette noire, de l'épinette blanche et du pin gris dans des conditions hydriques plus difficiles, mais sans favoriser une augmentation de la biomasse des composantes aériennes et souterraines des plantules. Les expériences en milieu naturel et contrôlé ont révélé certaines tendances quant à la germination et le développement initial des espèces étudiées. Néanmoins, de nombreux aspects restent à explorer pour mieux comprendre les impacts de la température et de la teneur en eau du sol sur ces caractéristiques. Les effets observés semblent généralement propres à chaque espèce, ce qui souligne l'importance de prendre en compte la variabilité intraspécifique (par exemple, la provenance) dans les études futures. De plus, cette asymétrie dans la réponse potentielle des différentes espèces face aux changements anticipés devrait également être intégrée dans les modèles de simulation de la régénération et de la croissance forestière. En bref, les résultats de cette étude peuvent servir de pistes de compréhension, puisque la complexité du sujet rend les conclusions définitives difficiles à atteindre. La persistance à long terme des espèces forestières dans un contexte de changements climatiques dépendra également de leur performance lors des stades de développement ultérieurs. / Current and forthcoming climate changes will have significant impacts on the development of trees that constitute our forests. In this study, we examined the potential impacts of climate change on the germination and initial development of seedlings from economically and ecologically important tree species in the temperate and boreal forests of Québec, including yellow birch, red oak, white spruce, black spruce, white pine, jack pine, red maple and sugar maple. These two processes represent crucial stages in the life cycle of trees. We addressed two main themes: the role of reduced winter snow cover on germination and the effects of increased temperatures and altered soil moisture conditions on germination and initial seedling development. By identifying these specific impacts, this study contributes to a better understanding of how trees respond to early developmental stages in the face of anticipated climate changes. The first chapter aimed to assess the impact of reduced snow cover on the germination of trees in temperate and boreal forests. With rising winter temperatures, precipitation patterns change, snow melts earlier, and snow cover thickness decreases, affecting the microclimatic conditions of the soil. This experiment was conducted under forest cover at the Duchesnay Tourist Station. Four snow thickness treatments were applied during the winter of 2021-22: control, 50% of the control, 30 cm, and less than 10 cm. The results showed that the reduction in snow cover did not significantly affect soil water content, but treatments with less snow experienced more freeze-thaw cycles in the spring, which could hinder seed germination. The germination was influenced by snow thickness for certain species, such as red oak, sugar maple, and white pine, which showed a significant reduction in germination rates under snow cover of less than 10 cm. In contrast, white spruce and black spruce were not significantly affected. These differences could be due to a better cold tolerance of more northern species. These results indicate that some tree species are more sensitive to reduced snow cover, which could have important implications for forest regeneration in the context of future climate change. The second chapter aimed to understand how the germination and early developmental stages of five temperate and boreal forest tree species would be affected by different degrees of drought. Previous studies had raised potential issues regarding the germination of various plant species in response to increased temperature and/or soil moisture conditions. A factorial experiment in a controlled environment was therefore designed, combining two temperature regimes (present and future: 2071-2100 - RCP 8.5) and four water potentials (0, -0.2, -0.4, and -0.6 MPa). The increase of approximately 5°C in temperatures during part of the spring seemed to lead to a general acceleration of germination speed for the five species, an increase in germination percentage for jack pine and yellow birch, and higher development for jack pine and white pine. However, a decrease in germination percentage and speed was observed with increased water stress for most species, except for jack pine, whose germination percentage was not affected by these stress levels. Biomass allocation within the seedlings appeared to be similarly affected by water stress, indicating that water stress hampers the development of each part of the seedlings. The results of the combined effects suggested that the 5°C temperature increase could offset the effects of higher water stress, thereby increasing the germination of black spruce, white spruce, and jack pine under more challenging water conditions, but without promoting higher development of seedling sections. Experiments in natural and controlled environments revealed certain trends regarding the germination and initial development of the studied species. However, many aspects remain to be explored to better understand the impacts of temperature and soil moisture content on these characteristics. The observed effects appear to be generally species-specific, highlighting the importance of considering intraspecific variability (e.g., provenance) in future studies. Furthermore, this asymmetry in the potential response of different species to anticipated changes should be incorporated into the modeling of forest regeneration and growth. In summary, the results of this study can provide fundamental insights, as the complexity of the subject makes definitive conclusions difficult to achieve. Germination is only the first step, and the long-term success of forest species will depend on their resilience at each developmental stage.