Les échanges de carbone sous forme de CO2 entre l’atmosphère et un parterre de coupe forestière situé en forêt boréale québécoise, le site HBS00 du réseau de recherche Fluxnet-Canada, ont été étudiés à l’aide de la technique de covariance de turbulences pendant une durée d’un an avant l’application d’un traitement de scarifiage et un an après le traitement. Les émissions de carbone ont augmenté suite au scarifiage, passant de 111 à 175 g m-2 an-1, en raison de la destruction d’une partie de la végétation vivante présente sur le site. Le taux de respiration de l’écosystème a peu varié. Les échanges de carbone étaient aussi influencés par les conditions environnementales. Une analyse des résidus des courbes de réponse à la lumière a démontré qu’avant le scarifiage le contenu en eau du sol était, après la lumière, le facteur ayant le plus d’influence sur les flux de carbone. Suite au scarifiage, le déficit de pression de vapeur était le deuxième plus important facteur. / CO2 fluxes between the atmosphere and a recently-harvested site located in Québec’s boreal forest, Fluxnet-Canada Research Network’s HBS00 site, were studied using the eddy covariance technique for one year before application of a scarification treatment and one year after treatment. Carbon emissions were greater after scarification, rising from 111 to 175 g m-2 year-1, because of the destruction of part of the living aboveground vegetation on the site. Ecosystem respiration rates showed little variation between years. Carbon fluxes were also influenced by environmental conditions. Analysis of the residuals of the light response curves indicated that before scarification soil water content was, after light, the factor having the most influence on carbon fluxes. Following scarification, water vapor pressure deficit was the second most important factor.

Ce travail est la fusion de deux projets de recherche complémentaires et contribue à l'approfondissement des connaissances dans les domaines des mesures de précipitation solide et dans la stratégie de modélisation hydrologique en milieu forestier boréal. Toutes les données utilisées pour ces travaux proviennent de la forêt Montmorency, qui est la forêt d’enseignement et de recherche de l’Université Laval située à Québec. Les incertitudes liées aux simulations des débits des bassins versants par les outils de modélisation hydrologiques dépendent du choix du modèle considéré, mais sont aussi liées à la qualité des données météorologiques entrantes. Il est question ici de tout d’abord quantifier les incertitudes reliées aux mesures de précipitation solide, ensuite proposer une méthode d’ajustement novatrice, et enfin une stratégie de modélisation hydrologique en milieu forestier boréal. L’élaboration d’une base de données météorologique regroupant 15 types de précipitomètres, dont deux référents mondiaux, a été réalisée grâce notamment à la mise en place du site météorologique Neige, déployé depuis 2014. Concernant les incertitudes des mesures liées au phénomène de sous-captation de précipitation solide, des approches déterministes historiques de débiaisage des données sont tout d’abord évaluées. Les résultats démontrent un biais initial moyen d’environ 30%, et une surestimation rémanente des quantités de précipitation après ajustement. Une approche probabiliste est ensuite proposée, et les résultats montrent un biais moyen divisé par 5 après application de la méthode. Enfin, des analyses de sensibilités des paramètres des modèles hydrologiques ainsi que de leurs performances face aux variations des données de précipitation solide sont réalisées sur un ensemble de 20 modèles conceptuels à partir de la base de données hydrologique du bassin versant appelé le Haut Montmorency. Cette étude permet finalement de mettre en évidence que le biais de mesure d’équivalent en eau du manteau nival pourrait influencer la qualité des bilans hydriques des bassins versants dans certaines conditions. Ainsi, une analyse de sensibilité des modèles hydrologiques rigoureuse a permis de mettre en évidence qu’un ajustement des données de précipitation solide est nécessaire en amont de la calibration conjointement à l’utilisation des modèles. L’originalité de ces travaux dépend principalement de l’exceptionnalité des sites d’études mais aussi de la qualité du travail des techniciens en observation météorologique et la coopération d’un grand nombre de partenaires privés et publics. / This work joins two complementary research projects and contributes to improve the knowledge on solid precipitation measurements and hydrological modelling strategy in the boreal forest environment. All the data used in this work comes from the Montmorency Forest, which is the teaching and research forest of Université Laval located in Quebec. The uncertainty related to flows forecast by hydrological models depends on the choice of the model, but are also linked to the quality of incoming meteorological data. This work aims first to quantify uncertainties related to solid precipitation measurements, then to propose an innovative method of adjustment and finally to establish a hydrological modelling strategy for the boreal forest environment. The development of a large meteorological database, including data from two world reference instruments, was done thanks to the Neige site deployed since 2014. Regarding uncertainties related to the solid precipitation undercatch phenomenon, five deterministic approaches from the literature are first evaluated. Results show that the initial bias is 30% on average and there is still an overestimation of the solid precipitation quantity after a deterministic adjustment. A probabilistic approach is developed and results show that the bias is divided by 5 on average. Finally, sensitivity analysis of hydrological models’ parameters, and their performance facing different solid precipitation quantities, is done on a set of 20 conceptual models based on the hydrological database of the catchment area called the HautMontmorency. This study highlights that the snow water equivalent measurement bias of the snowpack could influence the quality of water balances in the catchment under certain conditions. A deep sensitivity analysis of hydrological models showed that an adjustment of the solid precipitation was required prior to their calibration. The originality of this thesis depends on the exceptional studied sites, the quality of technicians work and the collaboration of numerous public and private partners.

Plusieurs contraintes peuvent entraver le suivi à large échelle nécessaire à l’évaluation et à la mise en place de mesures pour atténuer la perte de biodiversité, notamment en milieu nordique. L’utilisation d’espèces indicatrices d’assemblages est une méthode qui permet de simplifier le suivi de la biodiversité à partir d’un nombre limité d’espèces. Malgré des études prometteuses à fines échelles, l’efficacité d’une telle pratique sur de vastes étendues spatiales demeure incertaine. À l’aide de 22 041 points d’écoutes provenant d’atlas d’oiseaux nicheurs, nous avons évalué l’efficacité des espèces indicatrices d’oiseaux à prédire de manière cohérente la richesse spécifique malgré les variations climatiques observées sur 1,75 M km2de forêt boréale. Afin de tester l’effet des conditions climatiques sur les assemblages d’espèces, nous avons séparé notre zone d’étude en huit régions climatiques relativement similaires. À l’aide d’analyses par modèle nul sur la co-occurrence des espèces, nous avons identifié le nombre minimal d’espèces indicatrices nécessaires pour prévoir 70 % de la variation de richesse spécifique dans chacune des régions climatiques. Bien que nous ayons réussi à identifier un nombre restreint d’espèces indicatrices par région climatique, nous avons également montré que les espèces indicatrices variaient largement entre les régions. Les espèces qui conservaient leur capacité à être indicatrices dans plusieurs régions climatiques étaient également représentatives d’assemblages d’espèces différentes. Cette étude montre que les espèces identifiées comme indicatrices pourraient ne plus indiquer le même assemblage d’espèces dans un avenir proche. L'utilisation d’indicateurs à large échelle s'accompagne donc du défi de devoir déterminer sous quelles nouvelles conditions un ensemble d'indicateurs doit être remplacé, puis d’identifier le nouvel ensemble approprié. / Many constraints can impede the broad-scale monitoring needed to assess and mitigate human-induced loss of biodiversity. The use of indicator species of species assemblage can simplify the monitoring of biodiversity based on a limited number of species. Despite promising fine-scale studies, it remains unclear whether indicator species remain effective over broad spatial extents. Using 22,041 point-counts coming from breeding bird atlases, we assessed the value of indicator species to consistently predict bird species richness despite variation in climate conditions observed over 1.75 M km2 of boreal forest. To test for the effect of climate conditions on species assemblages, we partitioned our study area into eight relatively similar climatic regions. Using null model analyses of species co-occurrence, we identified the minimum number of indicator species required to predict 70% of the variation in species richness in each of the climatic regions. Although we were able to identify a small number of indicator species in each climatic region, we observed that the identity of indicator species varied strongly among regions. When species remained an indicator in several climatic regions, they were representative of different species assemblages. This study shows that species currently identified as indicators may no longer indicate the same species assemblage in a near future. Broad-scale use of indicators thus comes with the challenge of having to determine under which new conditions a given set of indicators must be replaced by another, and by which one.

Chaque année en forêt boréale, les feux génèrent de grandes quantités d’arbres morts au Québec. Considérés comme une perte de revenu potentiel pour l'économie, le gouvernement demande qu'une partie de ces arbres soit récupérée. C'est d'ailleurs une pratique connaissant une tendance à la hausse au niveau mondial. Par contre, la récupération de ce bois est régie par diverses contraintes, dont la rentabilité des opérations et le respect des normes d'aménagement forestier écosystémique (AFE) visant la conservation de la biodiversité associée aux forêts brûlées. La mise en application de l'AFE nécessite de connaître l'impact du feu sur la forêt et ce de façon spatialement explicite. Dans cette optique, nous avons d’abord évalué la sévérité du feu sur le terrain dans 60 sites d’études répartis à travers cinq brûlis. Nous avons ensuite évalué le potentiel du « differenced Normalized Burn Ratio » (dNBR), une méthode de télédétection développée par des chercheurs américains pour estimer la sévérité du feu, à offrir une représentation fidèle des conditions de terrain. Les résultats positifs de cette étape nous ont permis de considérer le dNBR pour bonifier les outils d’aménagement utilisés en forêts brûlées. Du point de vue de la rentabilité de la récupération, nous avons utilisé le dNBR pour prédire la densité des attaques de Monochamus spp. (Coleoptera: Cerambycidae), qui constituent une source importante de dégradation de la qualité du bois et incidemment de sa valeur. Les connaissances acquises sur l’écologie des Monochamus spp. et les modèles établis permettent de prédire les niveaux d’attaques de ces insectes en fonction de l’essence, du diamètre des tiges et de la sévérité du feu (dNBR). Ensuite, suivant le cadre de l'AFE, nous avons cherché à identifier les forêts à haute valeur de conservation pour la biodiversité, en utilisant les coléoptères saproxyliques comme groupe indicateur, et les variables clés que sont l’essence, la dimension des arbres et la sévérité du feu (dNBR). Cela nous a permis d’identifier six groupes d’espèces écologiquement liées, desquels nous avons identifié trois groupes ayant un fort lien avec l'habitat brûlé. Puisque ces trois groupes contiennent des espèces associées aux brûlis et qu'elles sont liées à des habitats prisés par la récupération, comme le pin gris et les tiges de gros diamètres, ces espèces pourraient être négativement affectées par la récupération. Les résultats de nos travaux, grâce à l'utilisation d'un indicateur spectral de la sévérité du feu (dNBR) dans les outils d'aménagement, rendront possible l'optimisation de la récupération après feu, tant des points de vue économique que de la conservation, et ce dans le respect de l'AFE. / Each year in the boreal forest, wildfires generate large amounts of dead trees in Quebec. Considered a potential loss of revenue for the economy, the government asks that a part of those trees is salvaged. This is also a practice experiencing a rising trend worldwide. On the other hand, post-fire salvage logging is governed by various constraints, concerning both the profitability of operations and compliance with the standards of the forest ecosystem management (FEM) aiming at conserving the biodiversity associated with burned forests. The implementation of FEM requires knowledge on the impact that fire has on the forest in a spatially explicit manner. In this light, we first evaluated on site burn severity for 60 study sites distributed accross 5 burns. We then assessed the ability of the differenced Normalized Burn Ratio (dNBR), a remote sensing method developed by US researchers to estimate burn severity, at providing an accurate representation of the terrain conditions. The positive results of this step allowed us to consider the dNBR improve management tools of burned forests. From the viewpoint of the profitability of salvage logging, we then evaluated the density of Monochamus spp. (Coleoptera: Cerambycidae) attacks, which constitute an important source of quality degradation of wood and incidentally their value. The knowledge acquired on the ecology of Monochamus spp. and established models predict the levels of these insects attacks based on tree species, stem diameter and burn severity (dNBR). Thirdly, following part of the FEM, we sought to identify high conservation value stands for biodiversity, using saproxylic beetles as an indicator group, and key variables that are tree species and diameter, as well as burn severity (dNBR). This allowed us to identify six groups of ecologically related species, of which, we identified three groups having a strong association with the burned habitat. Since these three groups contain species associated to burns, that are linked to habitats often salvaged such as jack pine and large diameters, they may be adversely affected by salvage logging. The results of our work, by using a spectral index of burn severity (dNBR) in management tools, make possible the optimization of post-fire salvage logging, from both the economic and conservation points of view, in compliance with the FEM.

Thèse ou mémoire avec insertion d'articles / La litière est une voie majeure de transfert de la biomasse aérienne vers le sol forestier et joue donc un rôle important dans la constitution des stocks de carbone (C) du sol forestier. Cependant, le flux de litière reste peu documenté dans les forêts tempérées et boréales d'Amérique du Nord, ce qui peut créer des incertitudes dans les estimations des modèles de bilan du C forestier. Les objectifs de cette étude étaient donc de 1) quantifier le flux annuel moyen, la variabilité interannuelle et la saisonnalité de la chute de litière sur trois sites (dominés respectivement par l'érable à sucre, le sapin baumier et l'épinette blanche) de l'est du Canada sur une période de 22 à 33 années, 2) mettre en relation le flux annuel et les changements temporels de la chute de litière avec les variations de la taille des principaux réservoirs de matière organique de ces écosystèmes, et 3) comparer nos estimations du flux de litière avec les valeurs de référence utilisées dans les inventaires nationaux de gaz à effet de serre (GES). Nous avons utilisé des données provenant de 22 à 33 années de suivis environnementaux de bassins versants forestiers et d'inventaires dendrométriques. La production de litière diminuait de l'érablière à la sapinière et la pessière, principalement en raison de la composition des espèces. L'augmentation du flux de litière au cours des années était liée à l'augmentation de la biomasse des arbres vivants dans la sapinière, mais pas dans l'érablière. La saisonnalité de la chute de litière variait entre les feuillus et les conifères selon un patron sigmoïdal et les anomalies climatiques modifiaient ce patron. Nos analyses suggèrent que les valeurs de référence de la littérature utilisées dans les inventaires nationaux de GES sous-estiment le flux de litière et les stocks de C de l'humus des sols forestiers. L'intégration de nos résultats dans les différents modèles de comptabilisation du C pourrait permettre de diminuer l'incertitude entourant ce flux et de contribuer à une meilleure compréhension du cycle du C dans les écosystèmes forestiers. / Litterfall is a major pathway for transferring aboveground biomass to the forest floor and thus plays an important role in building forest soil carbon (C) stocks. However, litterfall remains poorly documented, potentially creating uncertainties in estimates of forest carbon budget models. The objectives of the present study were to 1) quantify the mean annual flux, interannual variability, and litterfall seasonality in 3 sites (dominated respectively by sugar maple, balsam fir and black spruce) in eastern Canada, over a period of 22 to 33 years, 2) relate the litterfall amounts, and temporal changes to the changes in the size of major organic matter pools in these ecosystems, and 3) compare our litterfall estimates with reference values used in national greenhouse gas inventories. Litterfall production decreased from the sugar maple to the balsam fir and the black spruce sites, preponderantly due to species composition. The increase in litterfall over the years was linked to the increase in the aboveground biomass of live trees in the balsam fir site, but not in the sugar maple site. Litterfall seasonality varied between broad leaf and conifers following a sigmoidal pattern, and climatic anomalies altered this pattern. Our litterfall analyses suggest that literature reference values used in national greenhouse gas inventories underestimate litterfall and C stocks in forest soils for temperate and boreal forests. Integrating our results into C accounting models could help reduce their uncertainty and contribute to a better understanding of C cycling in forest ecosystems.

Dans un contexte d’aménagement forestier, la dynamique spatio-temporelle des habitats est susceptible d'isoler les oiseaux nicheurs durant des périodes de plusieurs années, exerçant une pression pour une grande mobilité chez les oiseaux en dispersion. Les grandes distances migratoires de certaines espèces s'ajoutent aux pressions favorisant la mobilité. Par contre, les déplacements dans un feuillage dense peuvent imposer de fortes contraintes aux attributs conférant une grande mobilité aux oiseaux. Du point de vue de la conservation, il serait très utile de prévoir la réponse des différentes espèces d'oiseaux à la fragmentation de leur habitat, à partir de leurs traits écologiques. La morphologie des ailes d’oiseau, notamment la projection des rémiges primaires, est un indicateur clé de mobilité, et pourrait donc servir à de telles prédictions. Malgré les contraintes aérodynamiques, la projection primaire varie considérablement d’une espèce à l’autre. Afin de mieux comprendre les facteurs déterminant cette diversité, j’ai mesuré les ailes de 1017 spécimens vivants de 22 espèces d’oiseaux à la Forêt Montmorency (Québec) en 2013 et 2014. Conformément à mes prédictions, les espèces d’oiseaux dont la projection des primaires était plus longue migrent sur de plus longues distances et vivent dans des habitats ayant un faible indice de densité végétale. Par contre, je n'ai trouvé aucun lien entre la densité moyenne des populations en nidification, un indicateur d'isolement, et la morphologie des ailes. Ces résultats suggèrent que les réponses variées des oiseaux forestiers face à la fragmentation de leurs habitats seraient difficilement prévisibles par la morphologie liée au vol. Mots clés : fragmentation d’habitat, isolement de l’habitat, morphologie des ailes, écomorphologie, distance migratoire, densité de végétation. / In a forest management context, spatiotemporal dynamics of habitats may isolate nesting birds for several years, thus favoring individuals with greater mobility during dispersal. Great migration distances in some species add to the factors selecting for greater mobility. However, high foliage density may exert a negative influence on morphological attributes conferring great mobility. It would be useful from a conservation perspective, to predict responses of different species to habitat fragmentation based on their traits. Wing morphology, particularly the projection of primary flight feathers, is a key indicator of mobility, and could help such predictions. Despite strong aerodynamic constraints, primary projection varies considerably among species. To better understand factors leading to interspecific differences in mobility, I measured the wings of 1017 live birds of 22 species in 2013 and 2014. Bird species that had a longer primary projection migrate over long distances and are tended to live in habitats with low density index, in accordance to our predictions. However, I found no link between the mean breeding population density, an indicator of isolation, and primary projection. Those results suggest that the varied responses of forest birds to habitat fragmentation would be difficult to forecast based on wing morphology. Keywords: habitat fragmentation, isolation of habitat, wing morphology, trait-based ecology, migration distance, vegetation density.

Cette étude vise à déterminer l'impact de quatre traitements sylvicoles (CPRS, CPPTM et 2 types de coupes de jardinage) sur la diversité et l'abondance des coléoptères en forêt boréale irrégulière. Un dispositif d'échantillonnage a été déployé dans 4 blocs expérimentaux du 5 juin au 22 août 2007 et a permis de capturer 26 906 coléoptères regroupant 407 taxons de coléoptères répartis au sein de 52 familles distinctes. Les résultats montrent que la CPRS et la CPPTM modifient davantage la structure et la composition des communautés de coléoptères retrouvées dans l'aire d'étude que les coupes de jardinage. L'ouverture du milieu de même que les débris ligneux au sol et sur pied semblent des facteurs déterminants dans l'établissement de plusieurs espèces saproxyliques et non-saproxyliques. Les coupes de jardinage permettent le maintien des communautés étudiées; ces traitements sylvicoles s'inscrivent bien dans une perspective d'aménagement écosystémique et durable de la forêt boréale irrégulière.

Jusqu’à présent, l’écologie des chauves-souris en forêt boréale n’était pas étudiée au Québec. La petite chauve-souris brune (Myotis lucifugus) et la chauve-souris nordique (Myotis septentrionalis) nichent dans des arbres en été et pourraient être affectées par les aménagements sylvicoles en forêt boréale. Mon premier objectif était de trouver dans la littérature les principales variables impliquées dans la sélection des arbres gîtes des chauves-souris cavicoles. Mon second objectif était de trouver les variables impliquées dans la sélection des arbres gîtes des espèces du genre Myotis en forêt boréale aménagée. Mon troisième objectif était de déterminer la proportion et la répartition spatiale des habitats diurnes potentiels à travers la partie méridionale du massif des Laurentides. Ma synthèse quantitative se base sur 34 études réalisées en Amérique du Nord. Le diamètre des arbres apparaissait comme étant un élément clé à considérer dans la sélection des arbres gîtes des chauves-souris cavicoles, particulièrement à des latitudes nordiques. J’ai suivi par télémétrie 22 chauves-souris mâles capturées dans différents secteurs de la forêt Montmorency (Québec, Canada). J’ai comparé les arbres et les peuplements sélectionnés par les chauves-souris à des points aléatoires pour évaluer la sélection des arbres gîtes. Les chicots avec un stade intermédiaire de détérioration étaient principalement sélectionnés. Le diamètre et la hauteur des arbres, l’ouverture de la canopée et la densité de chicots étaient les variables les plus importantes à considérer dans la sapinière (Abies balsamea) à bouleau blanc (Betula papyrifera) de l’Est-du-Québec. J’ai utilisé ces résultats pour générer des cartes d’habitat diurne potentiel des espèces du genre Myotis à travers la partie méridionale du massif des Laurentides. Les sommets avaient un moindre potentiel pour les chauves-souris du genre Myotis. La sapinière à bouleau blanc apparaissait plus propice pour la chauve-souris nordique, comparée à la petite chauve-souris brune. Favoriser ou maintenir des arbres de gros diamètre et des îlots de végétation de 0,1 hectare comprenant un minimum de 10 chicots devrait préserver les arbres gîtes des espèces du genre Myotis en forêt boréale aménagée du Québec. Augmenter la proportion de parcelles résiduelles surannées permettrait de préserver les habitats diurnes potentiels des chauves-souris du genre Myotis à travers la partie méridionale du massif des Laurentides. / Until now, the ecology of bats in boreal forest was not studied in Quebec. Little brown bats (Myotis lucifugus) and northern long-eared bats (Myotis septentrionalis) roost in trees during summer and might be affected by logging in boreal forest. My first objective was to find in the literature the main variables implicated in roost selection by cavity-roosting bats in North America. My second objective was to find the variables implicated in roost selection by Myotis species in a managed boreal forest. My third objective was to determine the spatial distribution and proportion of potential roosting habitats over the southern part of the Laurentian Highlands. My quantitative synthesis was based on 34 studies performed in North America. Tree diameter appeared to be a key element to consider in roost selection by cavity-roosting bats in North America, especially in Nordic latitudes. I monitored by telemetry 22 male bats captured in various sectors of the Montmorency forest (Quebec, Canada). I compared trees and stands selected by bats to random points to evaluate roost selection. Snags with an intermediate decay stage were mainly selected. Tree diameter and tree height, canopy opening and snag density were the most important variables to consider in the eastern balsam fir (Abies balsamea)-paper birch (Betula papyrifera) forest of Quebec. I used these results to generate roosting habitat suitability maps of Myotis species over the southern part of the Laurentian Highlands. Summits seemed to have a low potential for Myotis species. The balsam fir-white birch forest appeared more suitable for the northern long-eared bat, compared to the little brown bat. Promoting or maintaining large diameter trees and vegetation clusters of 0.1 hectares containing a minimum of 10 snags should preserve roosts of Myotis species in the managed boreal forest of Quebec. Increase the proportion of residual patches of old-growth forest should preserve suitable roosting habitats for Myotis species over the southern part of the Laurentian Highlands.

La forêt boréale d'Amérique du Nord est divisée en trois zones selon un gradient sud-nord : la forêt fermée (pessière à mousses), la forêt ouverte (pessière à lichens) et la toundra forestière. Par leur influence sur la régénération des arbres, le climat et le feu sont les principales forces directrices influençant ces trois zones distinctes. Nos connaissances et notre compréhension de l'évolution à long terme de la pessière à mousses sont limitées et incomplètes. De plus, les conditions favorables au maintien de la forêt fermée restent à connaître. Des données récentes suggèrent que les perturbations, incluant le feu et les épidémies d'insectes, peuvent mener à des transformations de la pessière à mousses en pessière à lichens. Au cours des 50 dernières années, un changement d'importance est survenu dans plusieurs parties de la zone boréale où la forêt fermée a été remplacée par la forêt ouverte. Cette étude a pour but de caractériser la structure de la pessière à mousses et de déterminer les conditions nécessaires à sa régénération et à son renouvellement. De plus, nous avons abordé la question de la stabilité de la pessière à mousses en zone nordique en fonction du temps et des types de perturbation. La recherche s'est déroulée dans le centre du Québec (Canada), entre 47°30' au 56°00' N et du 70°00' et 72°00' O. L'aire d'étude comprend les trois zones de la forêt boréale. La limite nordique des pessières à mousses se trouve vers 55° N au contact de la zone de la pessière à lichens et de la toundra forestière. Des photos aériennes ont été utilisées afin de cartographier la répartition et l'étendue de la pessière à mousses dans l'aire d'étude. Dix-neuf sites ont été sélectionnés aux fins d'échantillonnage le long du gradient latitudinal. Dans chaque site, tous les arbres ont été mesurés et les 10 plus grosses épinettes noires (Picea mariana (Mill.) B.S.P.) ont été prélevées en vue d'une analyse des cernes de croissance et d'une analyse de tige. Les mêmes analyses ont été faites également chez les plus gros sapins baumier (Abies balsamea (L.) Mill.) de chaque site. L'effet du climat sur la croissance de l'épinette noire et du sapin baumier a aussi été évalué. Les traces laissées par les épidémies de la tordeuse du bourgeon de l'épinette ont été analysées à l'aide du programme OUTBREAK. Onze échantillons de profil de sol ont été décrits dans chaque site et la présence et la position des charbons de bois à la surface du sol ont permis d'évaluer le type de feux. Cinquante quatre échantillons de charbons de bois ont été datés à l'aide du C selon la technique AMS dans le but de déterminer le temps écoulé depuis le dernier feu (TDDF) dans chaque site. La végétation a été décrite et analysée à Laide de techniques d'ordination. Le TDDF des 19 sites varie de 118 à 4870 années calendaires et il est corrélé avec la latitude et l'altitude. Les charbons de bois analysés sont tous situés au contact du sol minéral, une indication que le dernier feu était suffisamment sévère pour consumer toute la matière organique. On a dénombré 62 espèces dans les 19 sites étudiés et leur présence était surtout influencée par la latitude. Contrairement à d'autres études, aucun changement n'a été observé chez les bryophytes en fonction du TDDF. Lorsque Ton tient compte de la distribution du diamètre des épinettes, les peuplements où le dernier feu remonte à plus de 325 ans montrent une structure de taille qui se rapproche d'une distribution polynomiale de troisième ordre, tandis que les peuplements de moins de 325 ans présentent une structure de taille simulant une distribution en J-inversé. La hauteur et la croissance radiale moyenne des épinettes sont associées par la latitude, le temps écoulé depuis le dernier feu et l'épaisseur de l'horizon organique. Le taux de croissance des arbre la première cohorte suivant un feu diminue avant d'atteindre le niveau de forêt mature. Deux chutes de croissance radiale, le premier en 1950 et l'autre à la fin des années 1970 et le début des années 1980, ont été observées chez l'épinette noire et le sapin baumier, lesquelles correspondent à des périodes d'infestation de la tordeuse du bourgeon de l'épinette. Aucune preuve de l'incidence d'épidémies de la tordeuse du bourgeon de l'épinette n'a été trouvée au nord du 51° N. La régénération continue et le ré-établissement de la pessière à mousses dépendent du passage de feux sévères qui brûlent complètement la matière organique à la surface du sol. La régénération initiale après un feu est cruciale pour le développement futur de la pessière à mousses. Nos données montrent que les pessières à mousse sont des écosystèmes fragiles qui font partie d'états alternatifs stables où les perturbations en rafale et/ou les feux qui ne consument pas complètement la matière organique au sol peuvent provoquer un changement d'état de la forêt, notamment le remplacement de la pessière à mousses par la pessière à lichens. Il est important de poursuivre les recherches afin de déterminer l'évolution dans le temps et l'espace des zones de végétation de la forêt boréale, notamment en considérant la nature, l'ampleur, la sévérité et la succession des divers types en considérant la nature, l'ampleur, la sévérité et la succession des divers types de perturbation qui les affectent.

En raison de l'interception de la neige par la canopée, l'accumulation et la fonte de neige est bien différente en forêt qu’en milieu ouvert. La neige interceptée peut se sublimer, se décharger ou fondre, causant beaucoup de variabilité dans la distribution de l'épaisseur de la neige au sol. La présence d’une canopée modifie également les échanges d'énergie entre la neige, le sol et l'atmosphère. Compte tenu de l'importance de la fonte de neige sur les secteurs dépendants de l’eau tels que la production hydroélectrique, l'approvisionnement en eau agricole et urbaine, il est donc essentiel de surveiller / modéliser les propriétés et les processus du manteau neigeux en forêt. Le suivi de la neige sur le terrain est une tâche fastidieuse. Ainsi, au fil des ans, plusieurs études ont utilisé des produits satellitaires ou tenté de modéliser les propriétés du manteau neigeux, s’affranchissant ainsi de mesures exhaustives sur le terrain. En général, il existe trois types de modèle de fonte de neige (statistique, à indice de température et par modélisation du bilan énergétique) qui sont utilisés dans une variété de couverts comme les forêts, les glaciers, les milieux ouverts, etc. Ils partagent l’objectif commun de modéliser l'évolution de l'équivalent en eau de la neige. Dans cette étude, nous avons combiné des observations sur le terrain avec des modèles de fonte des neiges dans le but d’atteindre l’objectif global de la thèse, soit de mieux comprendre le comportement de la neige dans un petit bassin versant de la forêt boréale humide. La thèse présente trois objectifs spécifiques : (i) quantifier et modéliser la variabilité spatiotemporelle de la distribution d’équivalent en eau de la neige; (ii) explorer la performance de modèles de fonte de neige à indice de température et (iii) documenter la variabilité spatiale du déficit calorifique du couvert de neige. Chaque objectif spécifique est associé à un chapitre de la présente thèse. Pour les besoins de cette recherche, nous avons recueilli 1810 échantillons de carottiers à neige, de même que 70 puits de neige, dans 9 sites forestiers distincts d’un bassin expérimental de la forêt boréale humide (Forêt Montmorency; 47°N, 71°O) de l’Est du Canada lors des hivers de 2016-17 et 2017-18. À proximité de ces sites, nous avons fabriqué et déployé des stations mesurant le profil vertical de température de la neige, la température de l'air, l'épaisseur de la neige et le profil de température du sol. Sur ces sites, des données détaillées sur la végétation telles que l'indice de surface foliaire (LAI), la densité du couvert, la hauteur des arbres, la densité des arbres et le diamètre des arbres ont été recueillies à l'aide de mesures sur le terrain et d'un produit LiDAR. Notre analyse a été de plus supportée par les observations de deux tours de flux, nous fournissant ainsi les flux de chaleur sensible et latente entre la surface terrestre et à l’atmosphère à chaque 30 minutes. Dans le premier chapitre, nous avons mis au jour une relation entre l'épaisseur de neige et le diamètre des arbres environnants. Le site avec une forêt juvénile est celui où la plus grande variabilité spatiotemporelle a été observée. Nous avons utilisé trois modèles statistiques soit la régression linéaire multiple, les arbres de régression et les réseaux de neurones (NN) pour identifier les variables pertinentes affectant la variabilités patio temporelle de l’équivalent en eau de la neige. Avec un coefficient de Nash de 0,77 en calage et de 0,72en validation, le modèle NN a présenté les meilleures performances, identifiant ainsi la hauteur de la neige, le diamètre des arbres, l'âge du manteau neigeux et la densité des arbres comme des facteurs clés contrôlant la variabilité spatiotemporelle de la neige en forêt. Dans le deuxième chapitre, nous avons exploré différents modèles de fonte à indice de température (TI) en s’intéressant à leur performance dans un contexte de données d’entrée rarement disponibles, comme la température de surface de la neige, le rayonnement intrant sous-couvert et la sublimation. Nous nous sommes aussi intéressés à la pertinence de tenir compte de l'interception de précipitation par la canopée et du déficit calorifique du couvert de neige. Sur la base de notre évaluation, à l’exception de la sublimation et de la température de surface qui ont permis de faibles gains de performance, aucun des processus additionnels ou données d’entrée testés n’a généré de gain appréciable de performance. Enfin, au troisième chapitre, nous avons documenté la variabilité du déficit calorifique de la neige dans quatre sites forestiers à l’aide d’observations récoltées dans des puits à neige. Nous nous sommes également intéressés à la variabilité spatiotemporelle à court terme du déficit calorifique en générant des séries à l’aide d’un approche hybride, basée notamment sur le modèle de surface CLASS (Canadian Land Surface Scheme).Nous avons ainsi pu documenter l'effet de la forêt, de la topographie locale et du régime thermique propre à chaque site sur la variabilité du contenu en froid sur nos sites d'étude. Nous avons entre autres constaté que le contenu en froid était maximal au début février, indépendamment du site, comme c’est là que les températures de l’air étaient les plus froides. Nous avons aussi pu constater qu’en moyenne, 61% du déficit calorifique de la neige était contenu dans les premiers 50 cm. En résumé, cette recherche s'est concentrée sur l’étude des propriétés du manteau neigeux dans un petit bassin versant de la forêt boréale, à l’aide de mesures exhaustives sur le terrain et en utilisant différents modèles de fonte des neiges. En documentant les processus, nous avons pu mettre en lumière que malgré la présence de couvert forestier aux propriétés contrastées, le couvert de neige présentait de nombreuses similitudes d’un site à l’autre, ce qui est porteur d’espoir pour la modélisation de la neige en forêt. / Because of the interception of snow by the canopy, the accumulation and melting of snow in the forest is different than in the open environment. The intercepted snow can sublimate, discharge or melt, causing a great deal of variability in the distribution of snow depth on the ground. The presence of a canopy also modifies the energy exchanges between the snow, the soil and the atmosphere. Given the importance of snowmelt on waterdependent sectors such as hydroelectric production, agricultural and urban water supply, it is therefore essential to monitor/model the properties and processes of snow cover in the forest. Monitoring snow in the field is a tedious task. Thus, over the years, several studies have used satellite products or attempted to model snowpack properties, thus avoiding exhaustive field measurements. In general, there are three types of snowmelt models (statistical, temperature index and energy balance model) that are used in a variety of cover types such as forests, glaciers, open environments, etc. They share the common objective of modelling the evolution of snow water equivalent. In this study, we combined field observations with snowmelt models in order to achieve the overall goal of the thesis, which is to better understand the behaviour of snow in a small watershed of the humid boreal forest. This main objective is declined into the three following specific objectives: (i) to quantify and model the spatial and temporal variability of snow water equivalent distribution; (ii) to explore the performance of temperature index snowmelt models; and (iii) to document the spatial variability of the cold content of the snow cover. Each specific objective is associated with a chapter of this thesis. For the purpose of this research, we collected 1810 snow core samples, as well as 70 snow pits, from 9 distinct forest sites in an experimental catchment of the humid boreal forest (Montmorency Forest; 47°N, 71°W) during the winters of 2016-17 and 2017-18. In the vicinity of these sites, stations measuring the vertical snow temperature profile, air temperature, snow depth and soil temperature profile were deployed. At these sites, detailed vegetation data such as Leaf Area Index (LAI), canopy density, tree height, tree density and tree diameter were collected using field measurements and a LiDAR product. Our analysis was further supported by observations from two flux towers, providing us with sensible and latent heat fluxes between the Earth’s surface and the atmosphere every 30 minutes. In the first chapter, we have highlighted a relationship between snow depth and the diameter of the surrounding trees. The site with a juvenile forest was the one where the greatest spatiotemporal variability was observed. We used three statistical models: multiple linear regression, binary regression trees and neural networks (NN) to identify the relevant variables affecting the spatial and temporal variability of the snow water equivalent. With a Nash coefficient of 0.77 in calibration and 0.72 in validation, the NN model showed the best performance, identifying snow depth, tree diameter, snowpack age and tree density as key factors controlling the spatialtemporal variability of forest snow. v In the second chapter, we explored different temperature-index (TI) melting models by looking at their performance in the context of rarely available input data such as snow surface temperature, incoming shortwave radiation and sublimation. We also investigated the relevance of taking into account canopy interception and cold content. On the basis of our evaluation, with the exception of sublimation and surface temperature, which resulted in small performance gains, none of the additional processes or inputs tested generated appreciable performance gains. Finally, in the third chapter, we documented the variability of the snowpack cold content at four forest sites using observations collected from snow pits. We also investigated the short-term spatial and temporal variability of the snowpack cold content by generating series using a hybrid approach, based in part on the Canadian Land Surface Scheme (CLASS) surface model. We were thus able to document the effect of the forest, the local topography and the thermal regime specific to each site on the variability of the cold content at our study sites. Among other things, we found that the cold content was highest in early February, regardless of site, as this is when air temperatures were the coldest. We were also able to observe that, on average, 61% of the snow's heat deficit was contained in the first 50 cm. In summary, this research focused on studying the properties of the snowpack in a small watershed of the boreal forest, using extensive field measurements and different snowmelt models. By documenting the processes, we were able to highlight that despite the presence of forest cover with contrasting properties, the snow cover showed many similarities from one site to another, which is hopeful for snow modeling in the forest.