L’épidémie de la tordeuse des bourgeons de l’épinette (TBE) ayant débuté en 2006 au Québec a désormais affecté plus de 7 million d’hectares. Bien que l’abondance et la vigueur de la régénération préétablie soient des facteurs de haute importance concernant la composition et la productivité futures des forêts, très peu d’études ont ciblé la façon dont celles-ci sont affectées par la TBE. La coupe de récupération post-TBE deviendra un enjeu économique majeur en zone boréale et la réduction de son impact passe par une compréhension des processus écologiques affectés par l’épidémie en cours. La présente étude vise à approfondir les connaissances de l’impact d’une épidémie de la TBE et de la coupe de récupération post-TBE sur la défoliation subie par la régénération préétablie de peuplements mixtes de sapin baumier et d’épinette noire. Les objectifs spécifiques sont d’abord d’évaluer l’effet de la hauteur et de l’espèce des tiges de régénération, ainsi que de la composition du peuplement, sur la défoliation subie par la régénération préétablie. Ensuite, d’évaluer l’effet de la coupe de récupération sur cette défoliation. Les résultats démontrent que la hauteur, l’espèce, la composition du peuplement et la coupe de récupération affectent toutes significativement la défoliation subie par la régénération. Les individus plus grands, les tiges de sapin baumier et toutes les tiges se trouvant dans des sapinières subissent davantage de défoliation. La défoliation des tiges d’épinette noire dans les pessières était radicalement plus élevée dans les sites récupérés comparativement aux sites naturels, ce qui pourrait influencer la composition future de ces peuplements. Davantage d’études long-terme sont nécessaires afin de mieux comprendre la dynamique sous la canopée durant une épidémie de la TBE, en particulier dans des peuplements dominés par l’épinette noire, ce qui permettrait une meilleure gestion écosystémique de nos forêts et une diminution leur susceptibilité à la TBE. / Since 2006, the area defoliated by the spruce budworm (SBW) in Quebec has doubled almost every year, and it has now affected more than 7 million hectares. Although advance regeneration abundance and vigor are critical factors determining future forest composition and productivity, very few studies have focused on how they are affected by a SBW outbreak. In the years to come, post-SBW salvage logging will become a major economic issue in boreal forests and reducing its impact involves an understanding of the ecological processes affected by the outbreak in progress. This study aims to determine the impact of SBW outbreaks and of post-outbreak salvage logging on the defoliation sustained by advance regeneration in mixed stands of balsam fir and black spruce. The specific objectives were, first, to assess the effect of regeneration height and species (balsam fir or black spruce), as well as canopy composition, on the defoliation of advance regeneration. Second, to evaluate whether the defoliation sustained by advance regeneration is greater in salvage logged sites or in natural stands of different compositions. Results showed that height and species of regeneration, canopy composition and salvage logging all significantly affected defoliation. Taller advance regeneration, balsam fir advance regeneration, and all regenerating stems in fir-dominated stands sustained more defoliation. Defoliation sustained by black spruce regeneration was much greater in post-outbreak harvested stands than in the understory of natural sites. Harvesting stands with an important component of black spruce regeneration could potentially reduce the future abundance of black spruce, the preferred species for harvesting. Long-term studies are needed to better understand the dynamics in the regeneration layer during a SBW outbreak, particularly in spruce-dominated stands, to conduct better ecosystem-based management and to help reduce the overall susceptibility of our forests.

La guêpe endoparasitoïde Tranosema rostrale transmet un ichnovirus (“TrIV”) à son hôte lépidoptère, Choristoneura fumiferana, au moment de la ponte. Ce virus, lequel possède un génome segmenté d’ADNdb et ne peut se répliquer que dans l’ovaire du parasitoïde, est essentiel à la survie de la guêpe immature à l’intérieur de son hôte. Dans une étude antérieure, 86 cadres de lecture ouverts (ORF) ont été identifiés dans le génome de TrIV, dont 35 qui ont pu être affectés à des familles de gènes ichnoviraux connues. La balance n’affichait aucune similitude à des gènes connus. Dans le but d’évaluer (i) la précision de l'annotation du génome de TrIV et (ii) l'importance relative de chaque famille de gènes dans le succès du parasitisme par T. rostrale, une analyse transcriptionnelle de type qPCR a été réalisée chez des larves de C. fumiferana infectées ainsi que dans des ovaires de T. rostrale. Alors que la majorité (91%) des ORF attribués à des familles de gènes connues ont produit des transcrits dans les larves infectées, mais à des niveaux très variables, cette proportion était plus faible (67%) pour un échantillon de 12 ORF non-attribués. Parmi les sept familles de gènes présentes dans le génome de TrIV, la famille rep est la mieux représentée, avec 17 membres; tous se sont avérés être exprimés dans des larves infectées et/ou les ovaires de guêpe. Dans les chenilles infectées, cependant, les transcrits de deux d'entre eux, F1-1 et F1-2, étaient beaucoup plus abondants que ceux des autres gènes rep. De plus, le profil transcriptionnel de la famille rep était clairement différent dans les ovaires de guêpe, où le gène C166-1 a génére le plus abondant des transcrits rep, ce qui suggère que différents membres de cette famille pourraient avoir des fonctions spécifiques dans chaque hôte. L'abondance relative des segments génomiques était plus élevée pour les deux segments portant les trois gènes rep les plus fortement exprimés chez des chenilles infectées, mais la corrélation entre ces deux variables était faible pour les autres gènes rep, suggérant que des facteurs additionnels sont impliqués dans la régulation de l'expression des gènes rep chez les larves infectées. Des différences entre les gènes rep de TrIV ont également été observées en ce qui a trait à l'abondance relative des transcripts dans différents tissus de C. fumiferana, ce qui suggère l’existence de rôles distincts ou d’une spécialisation pour chacun des membres de cette famille à l’intérieur de différents tissus. Lorsqu’on compare les niveaux de transcripts rep, dans des chenilles infectées, à ceux de gènes appartenant à d'autres familles connues du génome de TrIV, un gène de la famille TrV (TrV1) et un gène rep (F1-1) se sont avérés beaucoup plus fortement transcrits que tous les autres gènes examinés, soulignant l'importance probable de ces deux familles dans la subjugation de C. fumiferana par T. rostrale. Dans les ovaires de guêpe, le profil transcriptionnel était dominé par un gène rep et par un membre d'une famille nouvellement décrite et identifiée parmi des ORF qui n’avaient pu être attribués à des familles connues; ces gènes codent pour les protéines sécrétées affichant un nouveau motif cystéine. / The endoparasitic wasp Tranosema rostrale transmits an ichnovirus (“TrIV”) to its lepidopteran host, Choristoneura fumiferana, during parasitization. This virus, which has a segmented dsDNA genome and can replicate only in the wasp’s ovaries, is essential to the survival of the immature wasp within its host. In a prior study, 86 putative open reading frames (ORFs) were identified in the TrIV genome, including 35 that could be assigned to previously recognized ichnoviral gene families. The balance displayed no similarity to known genes. In an effort to assess (i) the accuracy of the TrIV genome annotation and (ii) the relative importance of each gene family in the success of parasitism by T. rostrale, a temporal and tissue-specific qPCR transcriptional analysis was conducted in infected C. fumiferana hosts and T. rostrale wasp ovaries. The majority (91%) of putative ORFs assigned to known gene families were observed to be expressed in infected larvae, albeit at widely varying levels, but this proportion was lower (67%) for a sample of 12 unassigned ORFs. Among the seven known gene families present in the TrIV genome, the rep family is the numerically most important one, with 17 members; all of these were shown to be expressed in infected larvae and/or wasp ovaries. In infected caterpillars, however, two of them, F1-1 and F1-2, had much more abundant transcripts than the others. The rep transcriptional profile was markedly different in wasp ovaries, where the C166-1 gene generated the most abundant rep transcripts, suggesting that different members of this family may have host-specific functions. Relative abundance of genome segments was highest for the two segments bearing the three most highly expressed rep genes, but the correlation between these two variables was poor for the other rep genes, suggesting that some other factors are involved in the regulation of rep gene expression in infected larvae. Inter-gene differences were also observed in the relative abundance of TrIV rep transcripts in different C. fumiferana tissues, pointing to tissue-specific roles or specialized functions for individual members of this gene family. In comparing rep transcript levels to those of genes belonging to other known TrIV gene families, a TrV (TrV1) and a rep (F1-1) gene clearly outnumbered all other genes examined in infected caterpillars, pointing to the likely importance of these two gene families in host subjugation by T. rostrale. In wasp ovaries, the transcriptional profile was dominated by a rep gene and a member of a newly described family identified among previously unassigned ORFs; these genes encode secreted proteins displaying a novel cysteine motif.

Des travaux réalisés antérieurement ont permis de détecter la présence d'épinettes blanches Picea glauca (Moench) Voss. résistantes à la tordeuse des bourgeons de Fépinette Choristoneura fumiferana Clem (TBE). Cette découverte ouvre la voie vers l'utilisation d'arbres hôtes résistants à l'insecte dans les programmes de reboisement. Cependant, l'efficacité de cette approche est fortement dépendante de la capacité d'adaptation des populations de TBE à la résistance des plantes hôtes. Pour tester cette hypothèse et documenter le potentiel d'adaptation de la TBE aux variations de qualité du substrat alimentaire, plus de 1200 chrysalides provenant d'épinettes blanches résistantes et défoliées ont été récoltées à l'été 2007 sur le terrain de façon à étudier ces deux types de population. Par la suite, des accouplements intra-populationnels ont été effectués. Les descendants ont été élevés en laboratoire sur des sources de nourriture artificielles simulant des stress alimentaires en sucre et en azote. Dans un premier temps, l'objectif était de mesurer leurs performances biologiques (taux de mortalité, temps de développement, poids, etc.). Puis, des analyses de corrélation entre les performances biologiques des parents et de leur progéniture ont servi à déterminer le niveau d'héritabilité entre les générations. Enfin, différents indices gravimétriques ont également été calculés afin de connaître les processus physiologiques alimentaires des deux populations en situation de stress alimentaire. Les résultats démontrent que le poids des chrysalides et la fécondité réalisée des tordeuses provenant d'épinettes résistantes sont supérieurs à celles issues d'arbres non résistants. En ce qui concerne les progénitures de la génération de laboratoire, la survie des larves de stade 1 est supérieure lorsque les parents sont élevés sur une nourriture stressante de faible qualité alimentaire comparativement à ceux élevés sur une nourriture témoin de bonne qualité. En considérant les interactions entre l'origine des parents et la qualité de nourriture offerte à leur progéniture, la fécondité réalisée et la fertilité sont supérieures chez les tordeuses dont les parents proviennent d'arbres résistants et qui sont élevées sur une diète de piètre qualité. D'autre part, un effet d'héritabilité a été observé sur la variable poids entre la mère et leur progéniture. Toutefois, l'analyse des indices gravimétriques d'utilisation de la nourriture par la TBE révèle que les insectes issus des deux populations sources ont des niveaux d'assimilation de la nourriture équivalents.

La tordeuse des bourgeons de l’épinette (Choristoneura fumiferana (Clems.)) est le principal défoliateur des forêts de conifères de l’Amérique du Nord. Récemment, des épinettes blanches (Picea glauca (Moench) Voss) naturellement résistantes à cet insecte ont été découvertes dans une plantation subissant une forte infestation de ce ravageur. Des analyses chimiques du feuillage ont révélé la présence de deux acétophénones, le picéol (4’-hydroxy-acetophenone) et le pungénol (3’, 4’-dihydroxy-acetophenone) chez ces épinettes résistantes. Les objectifs de cette étude étaient dans un premier temps de valider l’effet de ces deux molécules sur la survie des larves de la tordeuse selon plusieurs conditions d’élevage, et dans un deuxième temps de vérifier la compatibilité entre le picéol et le principal moyen de lutte utilisé au Québec contre ce ravageur, le Btk (Bacillus thuringiensisvar. kurstaki). Les larves de la tordeuse des bourgeons de l’épinette ont été élevées en laboratoire sur de la diète artificielle, et les composées acétophénones leur ont été administrés en solution ou en les mélangeant à la diète artificielle. Les résultats ont montré que l’absorption directe d’une dose ponctuelle de picéol et de pungénol ne provoque pas de mortalité chez les larves alors que la toxicité du picéol chez la tordeuse des bourgeons de l’épinette soumise à une exposition chronique du produit varie selon les conditions d’élevage. De plus, un effet antagoniste entre le picéol et le Btk a également été détecté au laboratoire. Cette recherche a permis de faire avancer la compréhension des interactions complexes entre les molécules de défense de l’épinette blanche et les conditions d’élevage en laboratoire. D’autres travaux en laboratoire et sur le terrain sont nécessaires afin de mieux comprendre le mode d’action de ces composés de défense et ainsi les utiliser à leur plein potentiel.

Lors de l’accouplement, les mâles lépidoptères transfèrent deux types de spermatozoïdes, les eupyrènes et les apyrènes. Dans les heures qui suivent, les femelles des papillons de nuit cessent généralement de produire la phéromone sexuelle. Ceci suggère que l’inhibition de la production de la phéromone, un état physiologique nommé phéromonostasie, est régulé, du moins en partie, par la migration temporelle des spermatozoïdes à l’intérieur du système reproducteur de la femelle. L’objectif principal de cette thèse visait à déterminer l’importance relative des deux types de spermatozoïdes dans la phéromonostasie en examinant leur migration dans les différentes parties du système reproducteur de la femelle dans les jours suivant l’accouplement. L’impact d’un, deux ou trois accouplements du mâle a aussi été examiné sur le nombre de spermatozoïdes transférés à la femelle, sur la migration subséquente des deux types de spermatozoïdes ainsi que sur la fécondité et la fertilité des femelles inséminées. L’ensemble des résultats montrent qu’il est peu probable que les spermatozoïdes soient directement responsables de la phéromonostasie à court et à long terme chez Choristoneura fumiferana et C. rosaceana. / At mating lepidopteran male transfer two types of spermatozoa: the eupyrene and apyrene sperm. In the hours that follow, female moths usually stop producing sex pheromone (pheromonostasis). It has been suggested that the temporal migration of the spermatozoa within the female reproductive system may play a role in this physiological process. The general objective of this thesis was to determine the relative importance of the two sperm types in pheromonostasis by examining their migration in the days following mating. We also examined the impact of multiple mating by males on the number of spermatozoa transferred to the female, the subsequent migration of the spermatozoa in the female reproductive tract, as well as the females’ fecundity and fertility. Overall, the results suggest that the spermatozoa play a minor role, if any, in the short and long term pheromonostasis of Choristoneura fumiferana and C. rosaceana.

Lors d’une épidémie localisée de tordeuse des bourgeons de l’épinette (Choristoneura fumiferana), certaines épinettes blanches (Picea glauca (Voss.) Moench) furent épargnés. L’expression d’un gène, Pgβglu-1, codant pour une enzyme de type bêta-glucosidase est liée à la production d’acétophénones s’accumulant dans les aiguilles des arbres peu défoliés. La variation de l’expression de Pgβglu-1 semble relèver d’une régulation inhérente et unique aux arbres résistants. Nos résultats permettent d’établir une corrélation entre l’expression du gène, l’accumulation des acétophénones actives et le stade le plus destructif de l’insecte. Ils montrent aussi que le niveau d’expression de Pgβglu-1 est transmis entre les générations d’arbres et peut être induit. Les séquences d’ADN codants du gène ont été obtenues, mais aucune différence n’a été observée permettant de différencier les résistants des non-résistants. Une connaissance plus approfondie du phénomène pourrait aider au développement d’une lutte intégrée visant à mitiger les dégâts causés par la tordeuse en période d’épidémie. / A localized spruce budworm (Choristoneura fumiferana) outbreak that took place in a white spruce plantation (Picea glauca (Voss.) Moench) left some trees almost untouched while many others had severe defoliation. Expression of agene coding for a beta-glucosidase enzyme was identified (Pgβglu-1) and was linked to the accumulation of two acetophenones in the foliage of resistant trees. We propose that the expression variation of Pgβglu-1 involve regulation that is unique to resistant trees. Our results establish a correlation between gene expression, the accumulation of biologically active acetophenones and the most destructive larval instar of the insect. Our results also show that Pgβglu-1expression is genetically transmitted and can be induced. Coding DNA sequences of the gene were obtained but no differences were observed that could differentiate between resistant and non-resistant trees. A deeper understanding of the phenomenon could help in the development of an integrated management aiming to mitigate damage caused during outbreaks.

La qualité nutritive et allélochimique de la plante hôte joue un rôle déterminant dans la dynamique des populations des défoliateurs forestiers. La tordeuse des bourgeons de l’épinette (Choristoneura fumiferana (Clem.)) (Lepidoptera : Tortricidae) (TBE) est un lépidoptère considéré comme le plus important ravageur des forêts d’Amérique du Nord et attaque principalement le sapin baumier (Abies balsamea (L.)) et l’épinette blanche (Picea glauca (Moench) Voss). Le feuillage de ces essences hôtes contient des composés polyphénoliques (les tannins) lesquels sont souvent rapportés dans la littérature comme composés chimiques utilisés par les plantes pour limiter les impacts des espèces herbivores. Certains traitements sylvicoles comme les éclaircies sont parmi un ensemble de facteurs aptes à influencer la composition polyphénolique des essences ligneuses. Ainsi, l’éclaircie dans de jeunes peuplements de sapins baumiers a déjà été reliée à des baisses en contenu de tannins et des hausses en azote foliaire un an après le traitement. De plus, lors d’une étude sur le terrain, les effets à court terme de l’éclaircie sur ces composés chimiques ont été corrélés à des augmentations de survie larvaire et de vitesse de développement chez la tordeuse des bourgeons de l’épinette. Toutefois, la relation de cause à effet entre les effets de l’éclaircie sur la chimie de l’essence hôte et les performances de l’insecte reste à être établie. Dans la présente étude, l’impact des variations en tannins et azote foliaire induites par l’éclaircie sur la survie, le développement, la croissance et l’utilisation de la nourriture par les larves de TBE a été étudié à l’aide d’extraits polyphénoliques purifiés et de diverses sources d’azote incorporés à diverses concentrations dans une nourriture artificielle. Les résultats de cette étude supportent l’hypothèse que les variations polyphénoliques et azotées foliaires, induites par l’éclaircie des jeunes peuplements de sapin baumier, sont responsables des effets positifs à court terme de ce traitement sur la survie et le développement de l’insecte de même que sur les augmentations de défoliation observées suite au traitement. Des expériences sur l’utilisation de la nourriture par la TBE en fonction des contenus en tannins de sa nourriture ont aussi été menées à l’aide de tannins extraits et purifiés de feuillage de sapin baumier et incorporés à diverses concentrations dans une nourriture artificielle. Ces travaux visaient à documenter le degré de plasticité de l’insecte en terme de processus d’utilisation de nourriture face aux variations en contenus polyphénoliques de sa nourriture. Des travaux similaires ont été conduits à l’aide de tannins extraits de feuillage d’épinette blanche. Dans le cas du sapin baumier, les résultats montrent que l’insecte possède une panoplie de mécanismes de compensation dans ces processus alimentaires pour limiter les impacts des tannins. Toutefois, des effets négatifs sur les performances de l’insecte sont détectés à mesure que les contenus en tannins de sapin baumier augmentent dans le substrat alimentaire. En ce qui concerne l’épinette blanche, l’insecte possède aussi une panoplie de mécanismes de compensation. Contrairement au sapin baumier, l’épinette blanche semble contenir un niveau optimal de tannins dans son feuillage au delà duquel la plante n’obtient pas de gain supplémentaire en terme d’effets létaux sur l’insecte. Une expérience a aussi été conduite sur le système d’interaction Tannins d’épinette blanche - Bacillus thuringiensis var. kurstaki (Btk) – TBE à l’aide d’extraits polyphénoliques de feuillage et de toxines de Btk incorporés seuls et/ou en combinaison à diverses concentrations dans un substrat alimentaire artificiel. Les résultats de ces travaux ont montré qu’individuellement ces deux types de composés (tannins et Btk) ont de sérieux effets délétères sur l’insecte. Cependant, lorsqu’ils sont présents ensemble dans la nourriture, ces derniers ont des effets antagonistes mutuels réduisant ainsi leurs effets létaux respectifs envers l’insecte. / Host plant nutritive and allelochemical characteristics are important factors of forest insect defoliator population dynamics. The spruce budworm (Choristoneura fumiferana (Clem.)) (Lepidoptera : Tortricidae) is one of the most important lepidopteran forest pests of North America attacking especially balsam fir (Abies balsamea (L.)) and white spruce (Picea glauca (Moench) Voss) trees, two host tree species that contains polyphelonics which are believed to act as defensive chemicals against herbivores. Certain sylvicultural treatments such as stand thinning are among the variables that affect host tree foliar polyphenolics. Stand thinning of young balsam fir tree stands is known to decrease, the year following the treatment, host content in foliar tannin and to increase foliar nitrogen. These short term changes in host chemistry have already been related shown to increases in spruce budworm larval survival and development rates in field studies. However, the cause-effect relationship remains to be established. In the current study, effects of variations in balsam fir foliar tannin and nitrogen related to stand thinning were investigated on spruce budworm survival, growth, development and food utilization using purified tannins from host tree foliage and various sources of proteins incorporated into artificial diet. Results from this study support the hypothesis that changes in host tree tannin and nitrogen following thinning of young balsam fir stands are responsible for increases budworm survival and defoliation. Food utilization studies were also conducted using balsam fir foliage purified tannin extract incorporated into artificial diet in order to document the level of tolerance and plasticity of budworm larvae to foliar polyphenolic variations. Similar studies were conducted using white spruce foliage. In the case of balsam fir foliar tannins, it appears that the spruce budworm is negatively affected by these compounds as their concentration increases in host trees. The insect exhibited various types of compensatory feeding mechanisms that allowed it to partially deal with both balsam fir and white spruce tannins. Contrary to balsam fir, white spruce trees appear to contain an optimal amount of tannins above which the host tree does not produce any more gain more deleterious effect on the insect. An additional study that investigated the system of interactions white spruce tree tannin - Bacillus thuringiensis var. kurstaki (Btk) - spruce budworm was conducted using artificial diet supplemented with various concentrations of tannin and Btk purified toxin. Results indicate that alone in the diet, tannin and Btk toxin have deleterious effects on spruce budworm larvae. However, when these compounds are both present in the diet they antagonize each other such that their respective potency against the insect is reduced.

Les changements globaux, induits par l'augmentation et le cumul des perturbations naturelles et anthropiques, modifient les caractéristiques environnementales, et par conséquent la répartition des espèces et la dynamique des réseaux trophiques. Les principaux objectifs de mon travail sont: 1) de caractériser, dans le contexte des changements globaux, les effets spécifiques et cumulés des perturbations naturelles et anthropiques sur les interactions prédateur-proie chez les grands mammifères, et 2) d'évaluer comment les changements globaux affecteraient la pertinence de la stratégie d'aménagement d'une espèce parapluie pour la conservation de la biodiversité régionale. Mon système d'étude est le caribou des bois (Rangifer tarandus caribou), écotype forestier, sujet à la prédation par les loups gris (Canis lupus) dans la région de la Côte-Nord (QC, Canada). Dans le Chapitre 1, j'évalue l'impact des épidémies de tordeuse des bourgeons de l'épinette (Choristoneura fumiferana) sur la répartition, la survie et les interactions trophiques du caribou. Pour cela, j'ai utilisé des relevés annuels de la sévérité des épidémies de tordeuse combinés avec les localisations des caribous et des loups munis de colliers GPS ainsi que des inventaires aériens d'orignaux (Alces alces). Pour considérer les effets de l'épidémie de tordeuse sur l'orignal, le loup et le caribou, j'ai utilisé des analyses de sélection d'habitat et de survie pour le caribou. J'ai démontré comment une épidémie d'insectes induit un enfeuillement, créant une augmentation de ressources pour les orignaux, résultant à une suite de réponses spatiales et démographiques chez l'orignal, le loup et le caribou. La réponse numérique de l'orignal et les réponses comportementales de l'orignal et du loup étaient fortement associées à une réponse négative chez le caribou. Le risque de mortalité du caribou était plus élevé pour les individus sélectionnant les peuplements forestiers les plus sévèrement affectés par la tordeuse, surtout si les peuplements étaient coupés après l'épidémie. Mes travaux indiquent une compétition apparente « retardée » entre l'orignal et le caribou médiée par la prédation des loups. En plus de l'impact des épidémies d'insectes, les feux de forêt et l'aménagement forestier menacent les caribous en modifiant également les interactions trophiques. Dans le Chapitre 2, j'ai évalué les effets cumulés de l'aménagement forestier et des changements climatiques sur la mortalité du caribou. En utilisant un modèle spatialement explicite centré sur l'individu (IBM), j'ai simulé le déplacement des animaux et les interactions interspécifiques dans des paysages virtuels, variant selon trois niveaux de coupes et trois scénarios de changement climatique. Je démontre que les changements induits par le climat et l'aménagement forestier influencent les interactions trophiques en exacerbant la compétition apparente, par une augmentation asymétrique de la disponibilité des ressources. Mon modèle prévoit un enfeuillement induit par les changements globaux, augmentant l'abondance des orignaux et des loups, avec des conséquences désastreuses pour le caribou. De plus, je démontre que les effets provenant de la réponse numérique prédominent par rapport à une réponse comportementale seule. Ainsi, les changements globaux devraient fondamentalement modifier la structure du réseau trophique, renforçant les interactions indirectes par la compétition apparente. Un autre résultat majeur souligne que l'impact de l'aménagement forestier devrait être plus précoce et trois fois plus élevé que l'impact des changements climatiques. Afin de préserver la biodiversité, ces résultats suggèrent de se concentrer d'abord sur la réduction des impacts négatifs de l'aménagement forestier. Enfin, dans le Chapitre 3, j'ai évalué l'impact des changements climatiques et de l'aménagement forestier sur le maintien de la biodiversité. Plus précisément, j'ai évalué l'efficacité et l'effet parapluie des stratégies d'aménagement de l'habitat du caribou forestier dans un contexte de changements globaux pour la conservation des oiseaux et des coléoptères. J'ai combiné des modèles mécanistes spatialement explicites pour prévoir l'efficacité des stratégies d'aménagement sur la survie du caribou, et des modèles prédictifs d'occurrence pour caractériser l'impact sur le maintien des assemblages d'espèces. Les paysages ont été simulés selon quatre aménagements forestiers, dont deux stratégies d'aménagement, et trois scénarios de changement climatique. Je démontre que les stratégies d'aménagement, conçues pour la conservation du caribou, devraient également maintenir les assemblages d'oiseaux et de coléoptères. Bien que j'ai détecté un effet plus important de l'aménagement forestier, l'effet parapluie des stratégies d'aménagement dépendraient également de la sévérité des changements climatiques. Les stratégies d'aménagement conçues pour une seule espèce pourraient donc avoir un important effet parapluie pour la biodiversité. / Global change, through the increase and cumulative impacts of natural and anthropogenic disturbances, is predicted to modify species distributions and food-web dynamics, through changes in environmental characteristics. The main goals of my work are two-fold: 1) characterize, in the context of global change, the specific and cumulative effects of natural and anthropogenic disturbances on predator-prey interactions among large mammals, and 2) assess how global change is expected to impact the relevance of recovery strategy of an umbrella species for the conservation of regional biodiversity. My study system was the boreal ecotype of woodland caribou (Rangifer tarandus caribou), subject most notably to predation by gray wolves (Canis lupus) in the Côte-Nord region (QC, Canada). In Chapter 1, I assess the impact of spruce budworm (Choristoneura fumiferana) outbreaks on the distribution, survival and trophic interactions of boreal caribou. For this, I used annual surveys of spruce budworm outbreak severity, and combined these data with locations of GPS-collared caribou and wolves, and aerial inventories of moose (Alces alces). To account for comparative effects of spruce budworm outbreak on expected responses in moose, wolves, and caribou, I used a statistical habitat selection and survival analyses for boreal caribou. For the first time, I demonstrated how an insect outbreak triggers a flush of deciduous vegetation creating a resource pulse for herbivores, which then translates into a suite of spatial and demographic responses in moose, wolves, and boreal caribou. I show a numerical response in moose and behavioral responses in both moose and wolves that associated strongly with a negative response in caribou. Consistently, mortality risk of caribou was higher for individuals selecting forest stands most severely impacted by spruce budworm, especially if stands were logged post-outbreak. My work is indicative of “delayed” apparent competition between moose and caribou via wolf predation because wolves clearly showed selection to use impacted areas after post-outbreak logging that were of greatest risk to caribou. In addition to the impact of insect outbreaks, wildfires and forest harvesting threaten boreal caribou populations by also altering trophic interactions. Given the latest and harsh climate change projections, in Chapter 2, I assessed the cumulative impacts of forest harvesting and climate change on the mortality of boreal caribou. I use a spatially explicit individual-based model (IBM) to simulate animal movement and species interaction in virtual landscapes, varying in terms of three levels of forest management and three climate change scenarios. I demonstrate that climate- and land-use-induced changes influence trophic interactions by exacerbating apparent competition, through asymmetric increase in resource availability between the two herbivores species. My analysis forecasts how climate and land-use changes increase the proportion of deciduous vegetation, and show this bottom-up forcing increases moose and wolf abundance, with dire consequences for boreal caribou. Moreover, I partition the indirect effects on caribou into behavioral-numeric versus behavioral only interactions and show that numeric effects predominated. Thus, combined impacts of land-use and climate changes can fundamentally alter the food web structure, making indirect interactions stronger through apparent competition. Another major result highlights that land-use impacts are predicted to be earlier and three times higher than climate change impacts. This has globally relevant and urgent implications for biodiversity conservation – focus first on reducing negative impacts of land-use change as an effective longer-term climate change biodiversity conservation strategy. Finally, in Chapter 3, I assessed the impact of global climate and land-use changes on biodiversity integrity. More specifically, I assessed the effectiveness and umbrella value of management strategies designed to meet the needs of the boreal caribou in a context of global change for conservation of birds and beetles. I combined mechanistic, spatially explicit models to forecast the impact of management strategies on the survival of boreal caribou, and predictive models of species occupancy to characterize concurrent impacts on bird and beetle diversity. Landscapes were simulated based on four forest management plans, including two management strategies, and three climate change scenarios. I found that strategies that best mitigate human impact on boreal caribou were also the best at maintaining bird and beetle assemblages. While I detected a stronger effect of land-use change compared to climate change, the umbrella value of the management strategies was also impacted by the severity of climate change. Single-species conservation actions may therefore have important umbrella biodiversity benefits.

Les changements globaux, induits par l'augmentation et le cumul des perturbations naturelles et anthropiques, modifient les caractéristiques environnementales, et par conséquent la répartition des espèces et la dynamique des réseaux trophiques. Les principaux objectifs de mon travail sont: 1) de caractériser, dans le contexte des changements globaux, les effets spécifiques et cumulés des perturbations naturelles et anthropiques sur les interactions prédateur-proie chez les grands mammifères, et 2) d'évaluer comment les changements globaux affecteraient la pertinence de la stratégie d'aménagement d'une espèce parapluie pour la conservation de la biodiversité régionale. Mon système d'étude est le caribou des bois (Rangifer tarandus caribou), écotype forestier, sujet à la prédation par les loups gris (Canis lupus) dans la région de la Côte-Nord (QC, Canada). Dans le Chapitre 1, j'évalue l'impact des épidémies de tordeuse des bourgeons de l'épinette (Choristoneura fumiferana) sur la répartition, la survie et les interactions trophiques du caribou. Pour cela, j'ai utilisé des relevés annuels de la sévérité des épidémies de tordeuse combinés avec les localisations des caribous et des loups munis de colliers GPS ainsi que des inventaires aériens d'orignaux (Alces alces). Pour considérer les effets de l'épidémie de tordeuse sur l'orignal, le loup et le caribou, j'ai utilisé des analyses de sélection d'habitat et de survie pour le caribou. J'ai démontré comment une épidémie d'insectes induit un enfeuillement, créant une augmentation de ressources pour les orignaux, résultant à une suite de réponses spatiales et démographiques chez l'orignal, le loup et le caribou. La réponse numérique de l'orignal et les réponses comportementales de l'orignal et du loup étaient fortement associées à une réponse négative chez le caribou. Le risque de mortalité du caribou était plus élevé pour les individus sélectionnant les peuplements forestiers les plus sévèrement affectés par la tordeuse, surtout si les peuplements étaient coupés après l'épidémie. Mes travaux indiquent une compétition apparente « retardée » entre l'orignal et le caribou médiée par la prédation des loups. En plus de l'impact des épidémies d'insectes, les feux de forêt et l'aménagement forestier menacent les caribous en modifiant également les interactions trophiques. Dans le Chapitre 2, j'ai évalué les effets cumulés de l'aménagement forestier et des changements climatiques sur la mortalité du caribou. En utilisant un modèle spatialement explicite centré sur l'individu (IBM), j'ai simulé le déplacement des animaux et les interactions interspécifiques dans des paysages virtuels, variant selon trois niveaux de coupes et trois scénarios de changement climatique. Je démontre que les changements induits par le climat et l'aménagement forestier influencent les interactions trophiques en exacerbant la compétition apparente, par une augmentation asymétrique de la disponibilité des ressources. Mon modèle prévoit un enfeuillement induit par les changements globaux, augmentant l'abondance des orignaux et des loups, avec des conséquences désastreuses pour le caribou. De plus, je démontre que les effets provenant de la réponse numérique prédominent par rapport à une réponse comportementale seule. Ainsi, les changements globaux devraient fondamentalement modifier la structure du réseau trophique, renforçant les interactions indirectes par la compétition apparente. Un autre résultat majeur souligne que l'impact de l'aménagement forestier devrait être plus précoce et trois fois plus élevé que l'impact des changements climatiques. Afin de préserver la biodiversité, ces résultats suggèrent de se concentrer d'abord sur la réduction des impacts négatifs de l'aménagement forestier. Enfin, dans le Chapitre 3, j'ai évalué l'impact des changements climatiques et de l'aménagement forestier sur le maintien de la biodiversité. Plus précisément, j'ai évalué l'efficacité et l'effet parapluie des stratégies d'aménagement de l'habitat du caribou forestier dans un contexte de changements globaux pour la conservation des oiseaux et des coléoptères. J'ai combiné des modèles mécanistes spatialement explicites pour prévoir l'efficacité des stratégies d'aménagement sur la survie du caribou, et des modèles prédictifs d'occurrence pour caractériser l'impact sur le maintien des assemblages d'espèces. Les paysages ont été simulés selon quatre aménagements forestiers, dont deux stratégies d'aménagement, et trois scénarios de changement climatique. Je démontre que les stratégies d'aménagement, conçues pour la conservation du caribou, devraient également maintenir les assemblages d'oiseaux et de coléoptères. Bien que j'ai détecté un effet plus important de l'aménagement forestier, l'effet parapluie des stratégies d'aménagement dépendraient également de la sévérité des changements climatiques. Les stratégies d'aménagement conçues pour une seule espèce pourraient donc avoir un important effet parapluie pour la biodiversité. / Global change, through the increase and cumulative impacts of natural and anthropogenic disturbances, is predicted to modify species distributions and food-web dynamics, through changes in environmental characteristics. The main goals of my work are two-fold: 1) characterize, in the context of global change, the specific and cumulative effects of natural and anthropogenic disturbances on predator-prey interactions among large mammals, and 2) assess how global change is expected to impact the relevance of recovery strategy of an umbrella species for the conservation of regional biodiversity. My study system was the boreal ecotype of woodland caribou (Rangifer tarandus caribou), subject most notably to predation by gray wolves (Canis lupus) in the Côte-Nord region (QC, Canada). In Chapter 1, I assess the impact of spruce budworm (Choristoneura fumiferana) outbreaks on the distribution, survival and trophic interactions of boreal caribou. For this, I used annual surveys of spruce budworm outbreak severity, and combined these data with locations of GPS-collared caribou and wolves, and aerial inventories of moose (Alces alces). To account for comparative effects of spruce budworm outbreak on expected responses in moose, wolves, and caribou, I used a statistical habitat selection and survival analyses for boreal caribou. For the first time, I demonstrated how an insect outbreak triggers a flush of deciduous vegetation creating a resource pulse for herbivores, which then translates into a suite of spatial and demographic responses in moose, wolves, and boreal caribou. I show a numerical response in moose and behavioral responses in both moose and wolves that associated strongly with a negative response in caribou. Consistently, mortality risk of caribou was higher for individuals selecting forest stands most severely impacted by spruce budworm, especially if stands were logged post-outbreak. My work is indicative of "delayed" apparent competition between moose and caribou via wolf predation because wolves clearly showed selection to use impacted areas after post-outbreak logging that were of greatest risk to caribou. In addition to the impact of insect outbreaks, wildfires and forest harvesting threaten boreal caribou populations by also altering trophic interactions. Given the latest and harsh climate change projections, in Chapter 2, I assessed the cumulative impacts of forest harvesting and climate change on the mortality of boreal caribou. I use a spatially explicit individual-based model (IBM) to simulate animal movement and species interaction in virtual landscapes, varying in terms of three levels of forest management and three climate change scenarios. I demonstrate that climate- and land-use-induced changes influence trophic interactions by exacerbating apparent competition, through asymmetric increase in resource availability between the two herbivores species. My analysis forecasts how climate and land-use changes increase the proportion of deciduous vegetation, and show this bottom-up forcing increases moose and wolf abundance, with dire consequences for boreal caribou. Moreover, I partition the indirect effects on caribou into behavioral-numeric versus behavioral only interactions and show that numeric effects predominated. Thus, combined impacts of land-use and climate changes can fundamentally alter the food web structure, making indirect interactions stronger through apparent competition. Another major result highlights that land-use impacts are predicted to be earlier and three times higher than climate change impacts. This has globally relevant and urgent implications for biodiversity conservation - focus first on reducing negative impacts of land-use change as an effective longer-term climate change biodiversity conservation strategy. Finally, in Chapter 3, I assessed the impact of global climate and land-use changes on biodiversity integrity. More specifically, I assessed the effectiveness and umbrella value of management strategies designed to meet the needs of the boreal caribou in a context of global change for conservation of birds and beetles. I combined mechanistic, spatially explicit models to forecast the impact of management strategies on the survival of boreal caribou, and predictive models of species occupancy to characterize concurrent impacts on bird and beetle diversity. Landscapes were simulated based on four forest management plans, including two management strategies, and three climate change scenarios. I found that strategies that best mitigate human impact on boreal caribou were also the best at maintaining bird and beetle assemblages. While I detected a stronger effect of land-use change compared to climate change, the umbrella value of the management strategies was also impacted by the severity of climate change. Single-species conservation actions may therefore have important umbrella biodiversity benefits.

La tordeuse des bourgeons de l’épinette (TBE), Choristoneura fumiferana (Clem.), est le ravageur le plus important des forêts de l’Amérique du Nord. L’éclaircie a été souvent recommandée pour réduire les pertes ligneuses causées par les épidémies de TBE. Ceci est basé sur l’hypothèse que l’impact positif de cet outil sylvicole sur la vigueur des arbres résiduels devrait les rendre plus résistants aux défoliations de TBE. Cependant, les résultats de différentes études sont contradictoires. Le but de cette étude consiste à mieux cerner les impacts de ce traitement sylvicole sur l’insecte et sur ses hôtes selon diverses situations et de suivre ces impacts dans le temps. Pour y parvenir, des élevages sur le terrain de TBE et des analyses chimiques foliaires des essences hôtes ont été effectués selon un gradient d’éclaircie (réduction de 0, 25 et 40% de la surface terrière du peuplement) et de qualité de drainage du site (mésique avec drainage oblique, subhygric, hydrique). Des élevages ont aussi été effectués sur des sites à drainage rapide. L’ensemble des travaux a été conduit dans le domaine de la sapinière à bouleau blanc. Les résultats de cette étude démontrent que l’éclaircie réduit à court terme la résistance des sapins à la TBE et que ce phénomène est lié à des baisses significatives de certains monoterpènes dont les concentrations dépendent fortement de la qualité de drainage du site. Cependant trois ans après le traitement, celui-ci entraîne une forte augmentation de la résistance des sapins baumiers à l’insecte. Cette augmentation de résistance est essentiellement due à une augmentation de production foliaire (accroissement de la tolérance) et est particulièrement marquée dans les peuplements évoluant sur des sites hydriques soumis à des intensités d’éclaircie de 40% de réduction de surface terrière. Cette résistance accrue se maintient pour au moins 6 ans après l’application du traitement. Ces résultats suggèrent que cette technique sylvicole pourrait être utilisée comme mesure préventive visant à réduire l’impact négatif de TBE sur les forêts québécoises. / Spruce budworm (Choristoneura fumiferana (Clem.)) is the most destructive insect pest in the maritime and boreal forests of North America. Thinning has been recommended to reduce damage caused by spruce budworm. The positive impact of this silvicultural procedure on the vigour of the residual trees should, in theory, render them more resistant to budworm defoliation. However, various research projects focused upon effects of this silvicultural tool on host tree resistance have yielded equivocal results. The main objective of this project was to clarify the real effect of thinning on host tree resistance to spruce budworm attacks. Field-rearing experiments with spruce budworm were conducted, together with foliar chemical analyses, along a gradient of stand thinning density (0%, 25%, and 40% stand basal area reduction) and drainage class (mesic with seepage, class 3; subhygric, class 4; hydric, class 5) in balsam fir–paper birch association stands. Rearing experiments were also conducted in rapidly drained sites (class 2). The results showed that resistance to spruce budworm of balsam fir, unlike white and black spruce, was significantly reduced one year after thinning. This response was likely due to increased defoliation linked to reduction in certain monoterpene concentrations and to decreased foliage production, except on drainage class 5, where the treatment increased fir resistance. However, three years after treatment we observed the opposite response. High thinning intensity (40%) positively affected balsam fir and white spruce tolerance to damage and, therefore, tree resistance by increasing foliage production and the amount that remained after budworm feeding. This increased resistance persists for at least 6 years after the treatment was conducted. These results suggest that this silvicultural technique could be used as a preventive control measure to reduce the negative impact of spruce budworm on Quebec's forests.