L'épinette noire est considérée comme l'une des essences commerciales résineuses les plus importantes de la forêt boréale du Québec (Gagnon et Morin 2001). Selon Larson 1963 (Lejeune 2004), le rendement en sciage dépend principalement des caractéristiques morphologiques de l'épinette comme la hauteur des arbres et le défilement. Le projet a consisté à reconstituer la forme 3D des tiges d'épinette noire et du sapin baumier avec les modèles de défilement développés par Schneider et al. (2014), à partir de leurs diamètres et hauteurs respectifs issus des données de l'inventaire écoforestier du Ministère des Forêts de la Faune et des Parcs (MFFP), (1360 placettes réparties dans le Québec forestier méridional). Le logiciel Optitek (développé chez FPInnovations) a ensuite été utilisé pour simuler le rendement théorique optimal en sciage de chaque placette. Une analyse de ce rendement a permis d'évaluer l'effet de variables géographiques, bioclimatiques, stationnelles et dendrométriques sur le rendement en sciage chez ces deux essences. L'effet de ces différentes variables a également été étudié en fonction du contexte du marché moyen du bois. Les résultats indiquent que le rendement en sciage augmente avec la hauteur des placettes mais différemment selon les configurations d'usines. Les modèles basés sur un diamètre minimum d'utilisation à 7.5 cm fournissent des estimations plus précises et des gains importants en termes de rendement en sciage et de produits forestiers que ceux basés sur un diamètre marchand à 9 cm fin bout. Les modèles d'analyses paramétrés en fonction des variables géographiques, dendrométriques et du bioclimat expliquent de façon significative la variation du rendement théorique en sciage (PMP/m³, types de produits p. ex. 10, 12, 16 pieds) à l'échelle de la placette. Ceux-ci révèlent une augmentation du rendement en sciage et qu'un fort indice de défilement des tiges dans les faibles densités influence à la baisse ce rendement suivant le type de configuration de l'usine 16'.

Notre étude a consisté à détecter et à quantifier, le cas échéant, la présence de flux génique entre des peupliers à composantes exotiques et leurs cousines indigènes. Nous avons récolté sur deux sites différents (Matane et Sorel) et sur deux à trois années consécutives, des graines provenant d’arbres-mères des espèces indigènes, Populus balsamifera et P. deltoides, situés autour de plantations de peupliers à composantes exotiques. Nous avons génotypé les graines à l’aide de marqueurs génétiques spécifiques de ces espèces. Ceci nous a permis de détecter la présence d’allèles provenant des arbres mâles à composantes exotiques de la plantation au sein des graines récoltées sur les arbres-mères indigènes présents autour de ces plantations. Nos résultats ont ainsi révélé la présence d’hybridation entre les arbres indigènes et les arbres à composantes exotiques des plantations. Cette hybridation spontanée pourrait affecter à plus long terme la constitution génétique des populations locales des espèces indigènes. / The goal of this study was to detect and quantify, when necessary, the presence of gene flow between poplars with exotic components and their native relatives. Seeds were collected from native mother trees, Populus balsamifera and P. deltoides, located in the surroundings of plantations of poplars with exotic components, in two different sites (Matane and Sorel) and during two to three consecutive years. We genotyped these seeds using genetic markers specific for these species. This method allowed us to detect, in the seeds collected from native mother trees present around these plantations, the presence of alleles brought about from male trees with exotic components located within the plantations. Our results revealed the presence of hybridization between native trees and trees with exotic components from the plantations. This spontaneous hybridization could affect in the long term the genetic constitution of local populations of native species.

L’éclaircie commerciale est une activité relativement nouvelle au Québec et son utilisation est en augmentation depuis ces dernières années. Dans ce contexte, le ministère des Ressources naturelles du Québec a entrepris une étude des effets du traitement dans les peuplements forestiers de la province. La présente investigation analyse la mortalité des tiges dix ans après l’éclaircie commerciale. Avec l’appui du modèle ForestGales, il a été possible de déterminer les vitesses critiques du vent nécessaires au déracinement et à la rupture de tiges d’épinette noire (Picea mariana (Mill.) B.S.P.) et de sapin baumier (Abies balsamea (L.) Mill.). À partir de régressions logistiques, les variables les plus influentes sur le risque de mortalité au niveau des tiges individuelles ont été identifiées: le taux d’éclaircie, l’espèce, le diamètre et le type de dépôt. Finalement, cette étude propose un modèle capable de prédire le risque de mortalité pour les populations étudiées.

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.

Cette étude a évalué l’influence de la température et de la teneur en humidité du bois sur son comportement mécanique lors du procédé d’obtention des copeaux papetiers. Les propriétés mécaniques qui furent étudiées sont le cisaillement parallèle au fil, le fendillement et la flexion statique. Des échantillons jumelés du duramen et de l’aubier ont été pris des billes d’épinette noire et de sapin baumier pour chaque propriété mécanique. Les essais mécaniques ont été conduits à des températures variant entre -30ʻC et 20ʻC et à des intervalles de 10ʻC. La teneur en humidité des échantillons était largement au-dessus du point de saturation des fibres. La teneur en humidité, la masse volumique basale et la largeur des cernes ont aussi été mesurées pour chaque échantillon. Les résultats montrent que, pour les deux espèces et pour toutes les propriétés mécaniques étudiées, la température a eu un effet significatif sur les propriétés mécaniques uniquement au-dessous de 0ʻC. Dans ce cas, cet effet a été plus évident pour l’aubier que pour le duramen. En général, pour des températures de 0ʻC et plus, la température n’a pas affecté différemment les propriétés mécaniques étudiées, autant pour l’aubier que pour le duramen. Le fendillement a été la propriété mécanique la plus sensible à la variation de la température, suivi par le cisaillement et le MOR et le MOE en flexion. En outre, la teneur en humidité a été l’élément le plus important pour expliquer les propriétés mécaniques au-dessous de 0ʻC. En revanche, pour les températures de 0ʻC et plus, la masse volumique basale fut le facteur principal pour expliquer les propriétés mécaniques. La largeur des cernes de croissance n’a pas constitué un élément significatif pour prédire aucune propriété mécanique. Les résultats de ce travail devraient servir à améliorer la performance des équarrisseuses-fragmenteuses autant en hiver qu’en été.

Des éléments de la dynamique des peuplements mixtes de sapin baumier et d’épinette rouge après coupe partielle ont été étudiés sur une base statistique, afin de déterminer dans quelle mesure ils pourraient contribuer au phénomène de raréfaction de l’épinette rouge. L’étude visait principalement à identifier les changements structurels et à quantifier la croissance tant à l’échelle du peuplement que des tiges individuelles. Pour ce faire, les données de deux dispositifs de suivi ont été utilisées : l’Aire d’observation de la rivière Ouareau (Parc national du Mont-Tremblant) et la Forêt expérimentale du lac Édouard (Parc national de la Mauricie). Chacun de ces dispositifs disposent d’un réseau de placettes permanentes dont les mesures s’étendent sur un horizon de plus de 50 ans après une coupe partielle. Des méthodologies statistiques ont été proposées afin de formuler des inférences statistiques adaptées à la nature des données disponibles. L’analyse de la croissance s’est faite à partir d’un modèle linéaire incluant des effets aléatoires (à l’échelle de la tige individuelle) et d’un modèle non linéaire comportant une structure de covariance (à l’échelle du peuplement) afin de tenir compte de l’hétéroscédasticité des données et de l’autocorrélation des erreurs. Les changements structurels ont été analysés à l’aide d’un modèle linéaire généralisé puisque la variable dépendante n’était pas une variable continue, mais plutôt une fréquence. Pour tenir compte de l’effet dû aux placettes, des effets aléatoires ont été ajoutés au modèle. Finalement, une matrice de transition à deux niveaux a été construite sur la base de distributions discrètes dont les paramètres sont estimés par la méthode du maximum de vraisemblance. L’utilisation de distributions discrètes offre ainsi des résultats plus cohérents par rapport à l’approche traditionnelle. À l’échelle des tiges individuelles, les résultats de ces analyses démontrent que les différences quant à la croissance en diamètre sont relativement faibles. Le recrutement et la mortalité sont en fait des facteurs beaucoup plus importants dans l’évolution de ces peuplements après coupe partielle. À l’échelle du peuplement, ils induisent une variabilité importante dans l’évolution de la surface terrière du sapin baumier, de sorte que l’épinette rouge apparaît comme une essence beaucoup plus stable. La durée et l’importance de l’ouverture de la canopée après coupe partielle sont des éléments critiques qui déterminent l’abondance du recrutement du sapin baumier. Pour maintenir la proportion d’épinette rouge et une distribution diamétrale irrégulière, les coupes partielles de faible intensité comme le jardinage par pied d’arbre sont indiquées.

La tordeuse des bourgeons de l’épinette (Choristoneura fumiferana, TBE) est l’insecte ravageur le plus important de la forêt boréale de l’est de l’Amérique du Nord. Depuis 2006, la région de la Côte-Nord est affectée par une épidémie de TBE et les superficies forestières infestées doublent annuellement. Des images satellitaires Landsat ont été utilisées pour cartographier la sévérité de l’épidémie avec une approche de détection de changements, en utilisant une image pré-épidémie (2004) et une image prise pendant l’épidémie (2013). Des relevés terrains de la défoliation par la TBE ont été utilisés pour développer (R2 = 0,50) une cartographie fiable (R2 de validation = 0,64) et non biaisée de la sévérité des infestations de la TBE sur une échelle continue de sévérité (0-100%) pour la région d’étude. Une analyse des facteurs environnementaux affectant la sévérité des infestations (extraite de la carte de défoliation) a démontré l’importance de la composition forestière en sapin baumier tant à l’échelle locale qu’à l’échelle du paysage. De plus, une analyse de contexte spatial montre que dans les sites peu défoliés (défoliation cumulée < 50%), le meilleur prédicteur est plutôt son abondance à l’échelle du paysage (distance > 500 m). Ces résultats suggèrent une interaction entre les échelles spatiales et temporelles lors des épidémies de TBE.

Depuis plus de 20 ans, l'insecticide microbien Bacillus thuringiensis var. kurstaki (Btk) est appliqué au Québec afin de réduire les impacts négatifs de la tordeuse des bourgeons de l'épinette (TBE) (Choristoneura fumiferana (Clem.)) sur la ressource ligneuse. Mais, qu'en est-il de sa rentabilité ? En période épidémique, le territoire forestier québécois ne peut être protégé en totalité en raison de sa grande superficie et de la récurrence annuelle des attaques de l'insecte ce qui impliquerait des coûts de protection cumulatifs très élevés. Dans le contexte forestier actuel et devant l'éventuel retour d'une épidémie de la tordeuse des bourgeons de l'épinette, il devient primordial d'identifier les aires à traiter sur la base des pertes anticipées en incluant les effets de l'insecte et des traitements sur la croissance. Ce questionnement est abordé dans ce projet de recherche, plus spécifiquement sur le sapin baumier, l'essence de prédilection de la tordeuse des bourgeons de l'épinette. Dans le sud-ouest du Québec, l'accroissement annuel de trois catégories (traités, non-traités et sans TBE) de peuplements mélangés de sapin baumier (Abies balsamea (L.) Mill) a été mesuré pendant une période de neuf années consécutives (1994-2002), alors qu'à différents intervalles de temps, des traitements au Btk ont été appliqués afin de réduire la défoliation causée par la tordeuse des bourgeons de l'épinette. Cette recherche démontre que les opérations de pulvérisations aériennes d'insecticide biologique s'avèrent rentables en protégeant 66% de la capacité photosynthétique. Également, grâce à ces opérations aériennes, les peuplements traités ont conservé des niveaux de croissance et de mortalité d'arbres similaires à ceux sans TBE.

Une augmentation considérable de l’abondance des grands herbivores a des répercussions majeures sur la composition, la structure et le fonctionnement des écosystèmes forestiers ce qui peut entraîner des échecs de régénération chez de nombreuses espèces d'arbres. Cependant, la réduction de l’abondance des herbivores ne garantit pas le rétablissement d'espèces sensibles au broutement. Dans un tel contexte, la plantation d’arbres peut être utilisée afin de restaurer le couvert forestier. Le succès des plantations avec des espèces d’origines vulnérables au broutement est potentiellement contraint à la fois par le broutement résiduel et la compétition pour les ressources par la régénération naturelle d’autres espèces. Notre objectif principal était d'évaluer les relations directes et indirectes entre le broutement par le cerf de Virginie (Odocoileus virginianus; Zimm.) et les changements dans la compétition sur la performance du sapin baumier en plantation dans un contexte de réduction de la densité des grands herbivores. À l'aide d'une expérience contrôlée, nous avons démontré que le cerf de Virginie induit simultanément un effet direct négatif par le broutement des flèches apicales et un effet indirect positif sur les plants en diminuant la compétition pour la lumière induite par les espèces compagnes. Les effets directs négatifs, cependant, l'emportent sur les avantages d'une disponibilité accrue en lumière. Contrairement à nos prédictions, la préparation de terrain et le dégagement mécanique n’ont pas eu d’effets positifs sur la performance et la survie des plants et n’ont pas diminué de manière significative la compétition pour les ressources à moyen terme. Nous proposons de poursuivre les recherches afin de cibler une densité de cerfs qui maximise les effets positifs du broutement tout en minimisant les effets négatifs et que, dans ce contexte, la prescription pour la préparation du terrain et le dégagement mécanique devrait reposer sur d'autres considérations que la promotion de la croissance des plants. / High abundance of large herbivores has major impacts on the composition, structure and functioning of forest ecosystems, which can result in regeneration failures of many tree species. Reduction of the large herbivore, however, does not warrant successful recovery of species sensitive to browsing. In such contexts, planting in combination with silvicultural treatments can be used to restore forest cover over large areas. Our main objective was to evaluate the direct and indirect relationships between white-tailed deer browsing, changes in biotic and abiotic factors induced by site preparation and mechanical release at the tree level on survival and performance of planted balsam fir under reduced deer density. Using a controlled experiment, we demonstrated that white-tailed deer induces both a direct negative effect by browsing on apical shoots of fir, and a positive indirect effect on planted seedlings by decreasing competition for light from palatable species. The magnitude of direct negative effects, however, outweighs the benefits of increased light availability. Contrary to predictions, site preparation as well as mechanical release did not have a positive effect on seedling performance and survival and did not significantly reduce competition for resources. We propose to continue research to find a target deer density that maximizes positive effects of browsing and minimize its negative effects. In this context, prescription for site preparation and mechanical release should be based on considerations other than promoting seedlings growth.

Thèse ou mémoire avec insertion d'articles / Titre de l'écran-titre (visionné le 9 juillet 2020) / Documents en annexe en format Excel : Supp08_Pairwise_comparison_taxa_Greenhouse.xlsx; Supp03_Correlation_chimie_vs_taxa_Field.xlsx; Supp10_Correlation_taxa_vs_growth_Greenhouse.xlsx; Supp07_Pairwise_comparison_functions_Greenhouse.xlsx; Supp11_Pairwise_comparison_origin_Greenhouse.xlsx; Supp02_Pairwise_comparison_taxa_functions_Field.xlsx; Supp09_Correlation_chimie_vs_taxa_Greenhouse.xlsx / L’industrie minière au Canada contribue significativement à la prospérité et à la qualité de vie du pays. Toutefois, la législation d’autrefois n’étant pas suffisamment sévère, le Canada s’est retrouvé avec des centaines de sites miniers orphelins non restaurés. Ces sites miniers abandonnés représentent un risque environnemental majeur à cause des grandes quantités de déchets miniers exposés pouvant contaminer l’environnement par la lixiviation et l’érosion éolienne et hydrique. Plusieurs facteurs limitent la revégétalisation naturelle de ces sites, notamment des conditions abiotiques extrêmes, une faible disponibilité en éléments nutritifs et les activités anthropiques. Cette étude visait, dans un premier temps, à déterminer l’impact de la présence de peupliers baumiers sur les déchets miniers de deux sites miniers contrastés de la région de l’Abitibi-Témiscamingue. La végétation a amélioré les propriétés physicochimiques des déchets miniers et provoqué un changement important dans la composition des communautés bactériennes et fongiques, passant des communautés lithotrophes dominantes dans les environnements de déchets miniers sans végétation à des communautés hétérotrophes impliquées dans le cycle des éléments nutritifs avec végétation. Dans un deuxième temps, lors d’une expérience en serre, dix génotypes de Populus balsamiferarécoltés sur ces sites miniers et en périphérie ont été cultivés dans ces déchets miniers pendant deux saisons de croissance. Le but de cette seconde étude était de déterminer l’effet des interactions génotype-par-environnement sur les propriétés physicochimiques des substrats et des communautés microbiennes à l’aide dumétabarcodage. Bien que le type de substrat ait été identifié comme le facteur principal de la diversité et de la structure du microbiome de la rhizosphère, un effet significatif du génotype de l’arbre a également été détecté. Nos résultats mettent en évidence l’influence du génotype du peuplier baumier sur son environnement et l’importance potentielle de la sélection du génotype des arbres dans le contexte de la restauration de sites miniers