La rainette faux-grillon boréale (Pseudacris maculata) est menacée dans certaines régions du Canada. Un fort déclin de sa probabilité d'occupation a été noté au cours des 20 dernières années dans la région de la Montérégie au Québec, Canada. Néanmoins, les tailles de populations sont méconnues à cet endroit. Peu d'information est disponible sur la dynamique de reproduction de cette espèce, ce qui entrave la planification d'actions de conservation telles que la réintroduction. Pour combler ces lacunes et préparer adéquatement la première réintroduction, nous avons réalisé un projet visant les populations naturelles et le développement larvaire. Trois populations de rainette faux-grillon boréale ont été suivies durant une saison de reproduction afin d'estimer leur abondance et d'identifier l'influence de facteurs environnementaux sur l'intensité des chants. Nous avions également comme objectif d'évaluer l'effet de la densité et de ressources additionnelles sur le développement et la survie larvaire en mésocosmes, ainsi que d'estimer la survie des métamorphes après réintroduction. Nous avons trouvé une relation quadratique entre l'intensité du chant et la température de l'air. L'occurrence des chorales de P. maculata était faible. Une des trois populations naturelles s'est éteinte. Dans les deux autres étangs, les tailles de populations moyennes ont été estimées à 28 adultes (IC à 95% : [23,38]) et 10 adultes (IC à 95% : [8,16]). La condition corporelle des métamorphes était meilleure lorsque la densité larvaire était basse, avec supplément de litière dans les mésocosmes. Un total de 732 métamorphes a été réintroduit dans des étangs construits au parc national du Mont-Saint-Bruno. Quelques individus réintroduits ont été recapturés, mais aucune estimation de la survie n'a pu être modélisée à cause de la perte de marque. Cette étude met en évidence la situation précaire des populations de P. maculata, qui étaient autrefois plus abondantes dans le sud du Québec. Nous avons montré que le développement larvaire en mésocosmes est une stratégie efficace pour élever cette espèce en vue d'une réintroduction. Ces données permettront de guider d'autres réintroductions d'amphibiens dans des environnements protégés. / The boreal chorus frog (Pseudacris maculata) is a threatened species in parts of Canada. A significant decline in its occupancy has been noted over the last 20 years in the Montérégie region of Québec, Canada. However, the size of these populations is unknown. Limited information is available on the reproductive dynamics of this species, which hinders the planning of conservation actions such as reintroduction. To fill these gaps and adequately prepare for the first reintroduction, we conducted a project targeting natural populations and larval development. Three populations of boreal chorus frogs were monitored during one breeding season to estimate their abundance and to identify the influence of environmental factors on call intensity. We also aimed to evaluate the effect of density and additional resources on larval development and survival in mesocosms, and to estimate the survival of metamorphs after reintroduction. We found a quadratic relationship between the calling intensity and air temperature. There was a low occurrence of choruses of P. maculata. One of the three natural populations went extinct. In the other two sites, population sizes were estimated at 28 adults (95% confidence interval: [23,38]) and 10 adults (95% CI: [8,16]). Body condition of metamorphs was better at low larval density with additional litter in mesocosms. A total of 732 metamorphs were reintroduced into ponds constructed in Mont-Saint-Bruno National Park. Some reintroduced individuals were recaptured, but no survival estimation could be modelled due to the high incidence of tag loss. This study highlights the precarious situation of the populations of P. maculata, which were once more abundant in southern Quebec. We showed that larval development in mesocosms is an effective strategy for rearing individuals for reintroduction. These data will help guide other amphibian reintroductions in protected environments.

Les peuplements mixtes (formés à la fois de feuillus et de conifères) font partie de la dynamique naturelle de la forêt boréale québécoise. Toutefois, les pratiques forestières au Québec ont eu comme conséquences de séparer les essences incluses dans ces peuplements. Hors, de récentes études suggèrent que la gestion forestière des peuplements mixtes pourrait procurer des avantages tant économiques, qu'écologiques. Cependant, nous connaissons encore mal la dynamique naturelle menant à la formation de peuplements mixtes d'essences pionnières telles que le peuplier et le pin gris et encore moins les conséquences qu'une telle mixité peut avoir sur les propriétés physico-chimiques et biologiques du sol. Cette thèse de doctorat a, comme principal objectif, de mieux comprendre les causes et les conséquences souterraines de la mixité forestière entre le peuplier faux-tremble et le pin gris dans la forêt boréale abitibienne. En premier lieu j'évalue l'hypothèse que la fertilité du matériau parental détermine l'occurrence des peuplements mixtes de peuplier et de pin gris. Un recensement des peuplements mixtes dans le nord-ouest de l'Abitibi ainsi qu'une expérience contrôlant la fertilité du sol ont permis de confirmer cette hypothèse. En ce sens, les peuplements mixtes de peuplier et de pin gris sont exclusifs aux dépôts argileux plus riches que les dépôts sableux tels le till. En second lieu, j'évalue les conséquences de la mixité forestière sur les propriétés édaphiques, notamment, la composition et la stabilité des communautés microbiennes du sol. Ainsi, je suppose que la plus grande diversité végétale des peuplements mixtes favorise la stabilité de la biomasse des communautés microbiennes qui y sont associées. J'ai donc mesuré trois indices de stabilité de la biomasse microbienne soient : la résistance, la résilience et la tolérance. Mes résultats indiquent dans un premier temps que les communautés microbiennes des peuplements mixtes sont plus résistantes que celles des peuplements purs et, dans un deuxième temps, que la tolérance des communautés microbiennes des peuplements mixtes est assurée dans une plus grande diversité de conditions par opposition aux communautés microbiennes provenant des peuplements purs. Quant à la résilience, cet indice était plus fortement déterminé par la fertilité du matériau parental que par la composition végétale. En troisième et dernier lieu, j'explore les conséquences souterraines de frontières abruptes entre les peuplements purs de peuplier et de pin gris. Même si dans de tels cas, il n'y a pas de mixité forestière, je présente des évidences que de tels écotones constituent des écosystèmes uniques en ce qui a trait à leurs propriétés souterraines et que le peuplier, par la dispersion de sa litière, possède une plus forte influence que le pin gris sur ces propriétés, notamment, la composition des communautés microbiennes. Les résultats et les conclusions découlant de ce projet de doctorat permettront, dans un premier temps de mieux comprendre la dynamique naturelle de la forêt boréale, et dans un second temps, de comprendre les conséquences souterraines de l'hétérogénéité du paysage de la forêt boréale. Finalement, ces résultats pourraient justifier le développement de pratiques sylvicoles préservant la diversité du paysage forestier québécois.

L’azote est un des éléments les plus importants dans la nature. Sa disponibilité limite la productivité d’un grand nombre d’écosystèmes naturels, et influencera sans doute de manière importante leurs réponses aux changements climatiques globaux. La première source d’azote dans les écosystèmes non anthropisés est la fixation biologique de l’azote. Ce processus repose sur un groupe de métallo-enzymes spécifiques, les nitrogénases, dont le cofacteur métallique contient soit du fer et un atome de molybdène, soit du fer et un atome de vanadium, soit uniquement du fer. A ce jour, seule la nitrogénase au molybdène est prise en considération dans la dynamique de l’azote dans les écosystèmes, et ce malgré de nombreux indices indiquant que la nitrogénase au vanadium pourrait avoir un rôle important. Est-ce que la nitrogénase au vanadium est utilisée dans les écosystèmes naturels et quelles sont les conditions favorisant son utilisation ? Nous avons cherché à répondre à ces questions à l’aide d’un modèle symbiotique tripartite, un lichen, association entre une algue, un champignon et une cyanobactérie fixatrice d’azote. Nous avons tout d’abord développé une méthode d’étude des contenus en métaux des différents symbiontes, puis nous avons étudié la répartition et la régulation du vanadium au sein des différents symbiontes dans différentes conditions environnementales. Nous avons pu démontrer que dans ce modèle, le vanadium possède toutes les caractéristiques d’un micronutriment essentiel à la fixation d’azote. Nous avons également démontré que la disponibilité du molybdène ainsi que les températures, telles que rencontrées en milieux boréaux, seraient deux facteurs importants contrôlant l’utilisation de la V-Nase. Les résultats présentés dans cette étude apportent une meilleure compréhension de la gestion des métaux cofacteurs de la nitrogénase au sein de la symbiose lichénique. Mais ils permettent surtout de remettre en question le paradigme de l’hégémonie du molybdène sur la fixation biologique de l’azote. Ainsi, la fixation d’azote en milieu continental repose sur un ensemble hétérogène d’enzymes, ce qui autorise aux organismes fixateurs d’azote une grande flexibilité vis-à-vis des paramètres environnementaux comme les basses températures. Cela leurs permet également une meilleure adaptation au stress métallique résultant de carences en micronutriments, notamment celle en molybdène. Ces résultats invitent également à réévaluer les modèles biogéochimiques liant les cycles des micronutriments aux cycles des macronutriments, particulièrement celui de l’azote.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Afin de mieux appréhender l’ouverture actuelle de la forêt boréale au nord du Québec et d’identifier les facteurs qui en sont responsables, cette thèse a étudié la dynamique, la stabilité et la résilience des deux types d’écosystèmes forestiers en jeu dans la zone de transition, au cours du temps. Ces écosystèmes, les pessières à mousses, denses, et les pessières à lichens, beaucoup moins denses (dites « ouvertes »), partagent la même espèce ligneuse dominante (Picea mariana). La thèse s’est concentrée sur le développement d’outils géochimiques innovants en paléoécologie permettant de retracer la structure et la composition présentes et passées des écosystèmes terrestres, puis sur la reconstruction du régime des feux par analyses de charbons. Elle démontre dans un premier temps que les deux écosystèmes ont des sols aux propriétés physico-chimiques distinctes, et sont entretenus par les interactions sol-végétation-climat. Le deuxième volet montre que les enregistrements chimiques sont également différents dans les sédiments récents de lacs d’étude, selon s’ils sont entourés de pessières à mousses ou à lichens. Grâce aux proxys géochimiques calibrés, le troisième chapitre reconstruit l’histoire de la végétation et des feux au cours de l’Holocène. Il met en évidence une rupture majeure dans la structure des écosystèmes, observée vers 4500-4000 ans calibrés avant présent, et permet de conclure à une ouverture de la forêt boréale à cette période en raison d’une augmentation de la fréquence de feux. La stabilité précaire des états actuels est mise en perspective avec le contexte présent d’augmentation des feux dans la région et les mesures d’aménagement à adapter en conséquence. / In order to better figure out the ongoing transition of the boreal forest in northern Quebec and to identify the responsible factors, this thesis studied the dynamics, stability and resilience of the two forest ecosystems at stake, over time. These ecosystems, the closed-canopy dense moss forest and the open lichen woodland, share the same dominant tree species (black spruce, Picea mariana). The thesis focused on the development of innovative geochemical tools in palaeoecological studies that could track present and past terrestrial ecosystem structure and composition, and then focused on the reconstruction of past fire regimes through lacustrine charcoal analyses. A first step demonstrated that the soils of both ecosystems displayed distinct physical and chemical properties and are maintained by the feedback interactions in the soil-vegetation-climate system. The second step showed that modern sediments of study lakes recorded variations in their chemical composition depending on whether they were surrounded by moss forest or lichen woodland. Using the so calibrated geochemical proxies, the third chapter reconstructed the vegetation and fire histories during the Holocene. A major disruption in ecosystem structure was evidenced 4500-4000 years calibrated before present and led to the conclusion of a boreal forest opening at that time due to an increase in fire frequency. The precariousness of the present states stability is discussed in light with the current context of fire increase in the study region and suggests that forest management should be adapted consequently.

Le feu est la principale perturbation en forêt boréale mixte. La sévérité des feux n'est pas spatialement homogène et épargne souvent partiellement ou entièrement des parties de la forêt appelées îlots résiduels. Ces îlots forestiers résiduels après feux sont étudiés depuis de nombreuses années, et ces études se sont surtout intéressées aux facteurs déterminant leur occurrence à l'échelle du paysage. Cependant, les travaux réalisés en Fennoscandinavie et aux États-Unis ont révélé la présence de peuplements forestiers (appelés refuges) ayant la capacité de se maintenir dans le territoire pendant plusieurs millénaires. L'objectif principal de cette thèse était de caractériser la dynamique temporelle et la structuration d'îlots forestiers localisés au sein de la forêt boréale mixte de l'est du Canada. Treize îlots forestiers qui ont échappé au dernier feu ont été échantillonnés. Des carottes de sols ont été extraites dans chacun des sites pour réaliser des analyses paléoécologiques (charbons et macrorestes). Les caractéristiques stationnelles de chaque site ont été échantillonnées pour déterminer si les refuges se distinguent des autres îlots résiduels. La charge en combustible des îlots a également été mesurée. Les données ont également servi à alimenter des modèles numériques de comportement du feu (Fire Behavior Prediction System, BehavePlus, FlamMap3) qui ont été utilisés afin de déterminer les caractéristiques stationnelles qui permettent aux refuges d'échapper au feu de façon récurrente. Les résultats ont mis en évidence l'existence de deux types d'îlots résiduels en forêt boréale mixte : les refuges et les autres îlots résiduels. Les refuges sont moins susceptibles au feu comparativement aux îlots résiduels qui ont échappé uniquement au dernier feu, probablement de façon fortuite. Les refuges ont en revanche la capacité de persister dans le paysage forestier durant plusieurs millénaires, ne brûlant uniquement durant des feux particulièrement sévères. Les analyses macrofossiles des refuges soulignent des changements majeurs au sein de la végétation locale, avec comme événement remarquable le passage de formations dominées par Larix laricina/Picea sp. vers des formations dominées par Abies balsamea/Thuja occidentalis. Ce changement de végétation s'est produit à différentes périodes selon les sites, soulignant un processus endogène dans cette transformation de la végétation. Le développement de Larix laricina s'est accompagné dans certains assemblages macrofossiles de taxons typiques de milieux humides (tels que les characées). L'importante couche de matière organique qui caractérise les refuges semble entraver le développement d'espèces de début de succession telles que Betula papyrifera et Populus tremuloïdes. Les îlots refuges doivent leur persistance dans le paysage forestier à un certain nombre de facteurs biotiques et abiotiques qui limitent le passage du feu. Les résultats issus des simulations du comportement du feu, suggèrent un rôle mineur des coupe-feu (lacs, tourbières, et monticules rocheux essentiellement), de la charge en combustible et de la topographie dans l'occurrence des refuges. L'humidité semble être le seul facteur déterminant leur développement au sein de la mosaïque paysagère. Les refuges se mettent en place au sein de faibles dépressions humides qui favorisent l'accumulation de la matière organique. La structure des refuges et des autres îlots résiduels révèle deux principales caractéristiques permettant de les distinguer sur le terrain : le diamètre moyen des arbres et l'épaisseur de la matière organique. Les arbres des refuges ont un plus petit diamètre que ceux des autres îlots résiduels. L'importante épaisseur de la matière organique des refuges affecte négativement la croissance des arbres. Ces caractéristiques pourront être utilisées comme outils d'aide à la décision dans les stratégies d'aménagement forestier. / Fire is the main natural disturbance shaping boreal forest landscapes. In North American boreal ecosystems, wildfires contribute to the creation of a complex mosaic of stands of varying age, composition, and structure, within which other disturbances and processes can interact. A burned area usually includes tree patches that partially or entirely escaped fire, called post-fire residual patches. The spatially occurrence of post-fire residual patches has been extensively described. However, the presence of fire refuges has been reported in Fennoscandia and in United-States, which can escape fire for several millennia. The aim of this study was to characterize temporal dynamics in post fire residual patches in mixedwood boreal forest of eastern Canada. The analyses concern the reconstruction of fire and forest dynamics history though Holocene and identify characteristics features of these patches. This research aimed to contribute significantly to the objectives of ecosystemic management to preserve biological diversity in the forest mosaics.Thirteen post-fire residual patches which escaped the last fire have been sampled. At each stand, cores and monoliths were extracted for paleoecological analyses. The reconstitution of fire history and forest dynamics were studies by using macroscopic charcoals and macroremains. The characteristics features of stands were also sampled, to differentiate fire refuges from other post-fire residual patches. The fuel load was also measured, and all these data were used as inputs for fire behavior modeling (Fire Behavior Prediction System, BehavePlus, FlamMap3), to identify stand characteristics prevent fire refuges to burn in comparison with other residual stands and forest matrix.The results showed the presence in the landscaped of two types of post-fire residual patches in mixedwood boreal forest: fire refuges and other post-fire residual patches. The fire refuges present less fire susceptibility than other post-fire residual patches, which escape only the last fire probably by chance. On the other hand, fire refuges can persist in the landscape for several millennia, burning in the most severe fires. The forest dynamics reconstruction in fire refuges, highlight major shift in the vegetation from Larix laricina/Picea sp. to late successional species Abies balsamea/Thuja occidentalis. Occuring at all stands, but at different periods of Holocene, these changes can be attributed to internal processes. The presence of Larix laricina was associated to the occurrence of aquatic taxa (e.g. Characear). The late successional species (Abies balsamea/Thuja occidentalis) can persist in the landscape for several centuries due to moisture conditions. The thickness of organic matter recorded in fire refuges seems to inhibit the recruitment of early successional species such as Betula papyrifera et Populus tremuloïdes.The fire refuges owe their persistence in the landscape to abiotoc and biotic factors that limit fire occurrence. Then results obtained from fire behavior simulations, suggest a minor role of fire breaks (lakes, rocks), fuel load and topography in persistence of fire refuges. Local moisture condition seems to be key factor in their occurrence in the landscape. The fire refuges occur likely in depressions, which favor organic matter accumulation. The structure of fire refuges and other residual patches revealed two main characteristics, which distinguish between the two types of residual patches: Mean diameter of trees and thickness of organic matter. The trees of fire refuges present smaller tree diameter than other post-fire residual patches. The thickness of organic matter accumulation in fire refuges affects negatively the growth of trees. These features can be used as tools for decision support in forest management strategies.

Les feux naturels déciment jusqu'à 0,4% des surfaces forestières boréales au Québec. Le feu structure le paysage en créant une mosaïque de bassins versants caractérisés par l'hétérogénéité des structures et de la composition végétale. Comment une telle diversité des bassins versants peut-elle affecter la dynamique du carbone des écosystèmes lacustres boréaux? Nous explorons ici si les patrons métaboliques des lacs suivent les différents stades de succession post-feu qui caractérisent leur bassin versant, et nous établissons le lien entre les propriétés physiques du bassin, la respiration planctonique et les flux de CO2. Durant l'été 2006, des échantillons d'eau épilimnétique ont été prélevés sur 50 lacs situés dans la région de la rivière Eastmain du Québec boréal. Les sites ont été sélectionnés afin de représenter divers types de bassins versants homogènes, distincts en terme du niveau de succession post-incendie, incluant des bassins entièrement matures et des bassins brûlés au début de l'été 2006. La respiration planctonique a été déterminée à partir de la consommation de l'oxygène dissout mesurée lors d'incubations in vitro. Pour ce faire, nous avons adapté un système d'optrode constitué d'un oxymètre à fibre optique et de mini-senseurs sensibles aux fluctuations d'oxygène. Les résultats suggèrent que pour deux lacs de même surface, un lac à l'intérieur d'un bassin versant récemment brûlé est associé à des taux de respiration moyens et à des flux de CO2 sortants plus élevés qu'un lac alimenté par un bassin versant mature. Notre étude contribue à une meilleure compréhension de l'influence des perturbations de l'écosystème terrestre sur les cycles des nutriments et du carbone des écosystèmes aquatiques, ainsi que sur la dynamique naturelle des gaz à effet de serre. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Cycle du carbone, Métabolisme du lac, Respiration planctonique, Flux de CO2, Feux naturels, Succession végétale, Boréal, Optrodes.

Depuis 15 ans, l'approche de la TRIADE, qui vise une division du territoire en trois aires d'utilisation a été proposée comme une alternative qui tend vers un aménagement durable de la forêt. De ce fait, l'objectif de la présente étude était de mieux comprendre les effets à long terme de différentes proportions allouées pour chacune des zones (conservation, aménagement écosystémique et intensif) sur la biodiversité et la récolte de la matière ligneuse en forêt boréale mixte. L'impact de six scénarios d'aménagement a été évalué par rapport à un scénario de perturbations naturelles en fonction de cinq indices de paysage ainsi que de la structure des classes d'âge et des volumes récoltés. Pour ce faire, un modèle spatialement explicite à l'échelle du paysage a été utilisé pour simuler un territoire de 390000 ha en Mauricie, au Québec pour une période de 490 ans. Les résultats obtenus indiquent que le pourcentage de vieilles forêts (100 ans ou plus) était principalement influencé par la proportion occupée par la zone d'aménagement écosystémique. De plus, tous les scénarios d'aménagement mènent à une augmentation importante de la fragmentation de la forêt. En comparaison avec le scénario de statu quo, tous les scénarios TRIADE présentent une baisse de volume à court terme. À long terme, les volumes varient selon les décennies, mais certains scénarios montrent des gains face au statu quo. De façon générale, les résultats confirment que les changements de patrons à l'échelle du paysage sont un processus très long et que la TRIADE est une option qui doit être considérée pour atteindre un aménagement durable de la forêt boréale mixte. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : TRIADE, Zonage fonctionnel, Aménagement durable de la forêt, Fragmentation, Forêt boréale mixte.