L'intérêt pour l'écologie des feux de forêt ainsi que sa compréhension a augmenté depuis les trente dernières années, cependant il subsiste toujours des lacunes dans les connaissances qui traitent de l'hétérogénéité spatiale des feux de forêt. Ainsi, il est généralement admis que le régime de feu varie en réponse à des processus écologiques déterminés par les conditions climatiques et physiques, qui en retour affectent la succession et la mosaïque forestière. Alors que le régime de feu est caractérisé par plusieurs attributs tels que la taille, la fréquence, la sévérité, la saisonnalité ou encore l'intensité des feux, cette thèse s'intéresse principalement à la variation spatiale des superficies, de la fréquence et de la forme des feux. L'objectif général est d'améliorer les connaissances sur le régime en forêt boréale en déterminant les facteurs responsables de la variation régionale de ces attributs et d'en analyser les effets sur les processus écologiques qui affectent l'établissement du couvert après feu. Le territoire étudié couvre un vaste territoire de plus de 400 000 km2 dans la forêt boréale de l'est du Canada. Plus particulièrement, on s'intéresse ici à l'hétérogénéité spatiale du régime de feux en lien avec la composition et la morphologie des dépôts de surface et leur drainage (SDD) dans la province du Québec. En effet, alors que les SDD jouent un rôle majeur dans l'établissement de la végétation et la structure des paysages des forêts boréales, peu d'études ont réussi à mettre en évidence le lien entre les différents types de SDD et la variabilité régionale du régime de feu. Pourtant, en raison de leur épaisseur, de leur morphologie, et leur texture ainsi que de leur drainage, les dépôts de surface sont attendu pour affecter le potentiel d'assèchement du combustible et donc d'influencer le régime de feu. C'est pourquoi, dans cette thèse, nous avons tenté principalement de répondre à trois questions peu documentées dans la littérature des feux de forêt. Tout d'abord, afin de vérifier si les dépôts de surface peuvent affecter la fréquence des feux, nous avons réalisé une classification des SDD afin d'illustrer leur potentiel d'assèchement du combustible et nous avons ensuite estimé le cycle de feu par type de SDD (Chapitre I). Par la suite, nous avons évalué si les différentes valeurs de cycle de feu observées entre les SDD varient d'une région à l'autre. Nos résultats montrent une variation considérable du cycle de feu entre les types de SDD (de 144 à 425 ans) et entre les régions (de 90 à 715 ans). Une analyse discriminante suggère qu'une combinaison de facteurs climatiques (précipitation, indice d'aridité et température) et physiques (till xérique indifférencié et till mésique indifférencié) pourrait expliquer ces variations à l'échelle régionale. En outre, nos résultats montrent que les valeurs de cycle de feu des SDD ne peuvent pas se distinguer significativement dans des environnements climatiques très favorables à la sécheresse estivale et donc propices à la propagation du feu (cycle de feu < 150 ans). A l'inverse, lorsque le climat est moins propice au feu (cycle de feu > 300 ans), les SDD se distinguent significativement. Deuxièmement, afin de vérifier si la physionomie du paysage impose un contrôle sur le régime des feux, nous avons testé si l'orientation des SDD, des cours d'eau et du relief peuvent influencer l'orientation, la taille et la forme des feux à l'échelle régionale (Chapitre II). La taille, la forme, l'orientation et l'excentricité ont été calculés pour chaque feu puis compilés par écodistricts sélectionnés de la province de Québec entre 1970 et 2010. Les écodistricts ont été regroupés sur la base de ces mêmes attributs avec une analyse de groupement hiérarchique. Ensuite, des variables environnementales incluant la température, les précipitations, l'indice de sévérité de feux, la topographie, les dépôts de surface et l'hydrographie ont été testées pour décrire chaque zone en utilisant une analyse canonique de redondance. Nos résultats montrent des différences significatives entre la taille, la forme et l'orientation des feux qui permettent de distinguer des zones spatialement homogènes et contigües. Ces résultats permettent de suggérer que l'orientation dominante des feux à l'intérieur des zones répond à une orientation similaire des cours d'eau et des SDD. Dans certaines zones, une direction des vents dominants parallèles à l'ensemble du paysage au moment du feu peuvent créer des conditions de propagation propices aux très grands feux (taille moyenne > 17 000 ha). Troisièmement, pour tester l'effet des SDD sur le rétablissement des forêts après feu, nous avons estimé la vitesse et la qualité d'établissement du couvert forestier en fonction du temps depuis le dernier feu pour passer du stade de brûlis au stade régénéré puis au stade de jeune forêt (Chapitre III). Nous avons testé si les forêts situées dans les régions sèches (caractérisées par une proportion élevée de SDD secs, de faibles précipitations et un cycle de feu court) tendent à se rétablir plus lentement après feu, menant à une forêt moins dense, par rapport à une région plus humide caractérisée par un cycle de feu plus long. Des comparaisons de régressions logistiques multinomiales avec le critère d'information d'Akaike suggèrent que les variables les plus significatives expliquant la régénération après feu sont le temps depuis feu, le type de SDD, l'indice canadien de sécheresse et les précipitations de la saison de croissance. Un rétablissement rapide et dense des forêts, indicateur d'une meilleure croissance, est observé sur les dépôts de till subhydriques seulement dans les régions caractérisées par un cycle de feu long (> 500 ans). À l'inverse, un rétablissement lent et peu dense, indicateur d'un manque d'individus génère une forêt clairsemée dans les régions caractérisées par un cycle de feu court (< 200 ans) et une proportion élevée de dépôts grossiers secs tels que les juxta-glaciaires, mais aussi les dépôts mésiques dans certains cas. En conclusion générale, on peut dire que l'ensemble des résultats a permis une meilleure compréhension du régime de feu dans les forêts boréales en mettant en relief l'effet des SDD sur la variabilité spatiale du régime de feu à l'échelle régionale. La thèse, dans son ensemble, nous rappelle l'importance des facteurs à grande échelle sur la dynamique forestière post-feu. Alors que le climat reste le facteur déterminant dans la variabilité du régime de feu, nos résultats montrent que les SDD, dans certaines conditions, peuvent modérer ou accentuer la fréquence et la taille des feux voir même contraindre leur orientation. En dépit des limites potentielles, attribuables à la grandeur de l'échelle des analyses, ces nouvelles connaissances ont des implications pour un aménagement durable des forêts et une meilleure gestion des incendies en forêt boréale. Ces connaissances seront certainement aussi utiles pour envisager des stratégies d'adaptions aux changements climatiques. Alors que cette thèse se concentre sur la province du Québec, il est envisageable que l'approche et les conclusions développées ici soient applicables pour l'ensemble de la forêt boréale où le feu demeure la perturbation naturelle dominante. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Aménagement écosystémique, indice canadien de sécheresse, changements climatiques, cycle de feu, dépôts de surface, drainage, géomatique, géomorphologie, pessière à mousses, orientation, régionalisation, régénération.

Le rôle joué par les forêts tropicales dans le cycle du carbone à l'échelle planétaire est majeur. Tant par les énormes quantités stockées sous forme de bois, que par les flux de CO2 séquestrées annuellement dans les troncs et le sol. Plusieurs études mettent en évidence des changements structuraux au sein des forêts pantropicales durant les 20 dernières années, notamment une augmentation de la dynamique (recrutement et mortalité) (Lewis et al. 2004b; Phillips et al. 2004b) et de la biomasse aérienne ligneuse en forêt Amazonienne (Baker et al. 2004a). Ces changements de dynamique ont été mis en relation avec une disponibilité accrue en ressources auparavant limitantes (azote et CO2) et donc liés aux changements climatiques globaux. Cependant, les processus de régénération après perturbation dans un peuplement forestier génèrent, eux aussi, une réelle accumulation de biomasse. Des perturbations endogènes (chablis, glissements de terrains) ou exogènes (sécheresses, tempêtes ou actions anthropiques) pourraient être à l'origine de ces fluctuations de dynamique forestière. Sans une connaissance approfondie de l'état initial des forêts étudiées, il semble difficile de distinguer, localement, une accumulation de biomasse liée à un effet de régénération de celle liée à un forge climatique. La présente thèse cherche à investiguer s'il existe des stades de régénération au sein d'un même massif forestier, qui illustreraient différentes perturbations asynchrones. Ces stades sont déterminés sur la base de la structure forestière (densité, diamètre quadratique moyen) et au travers de l'architecture des arbres. Après avoir estimé les flux, stocks et bilans de biomasse sur le site d'étude, ceux-ci sont mis en relation avec des stades de régénération, pour montrer que les parcelles sont formées d'une majorité de stades en croissance et que cela engendre une accumulation nette de carbone durant la période de suivi (1991-2009). / As living trees constitute one of the major stocks of carbon in tropical forests, assessing the role of these ecosystems in the carbon cycle received an increasing scientific and political interest. A better understanding of variations in the dynamics and structure of tropical forests is necessary to predict the potential of these ecosystems to lose or store carbon, and to understand how they recover from disturbances. Recent findings showed an increase of the turn-over in pantropical forests (Phillips et al. 2004a) and an increase of above-ground biomass in neotropical forests (Baker et al. 2004a). These results were attributed to an increasing availability of abiotic ressources (CO2, nitrogen) enhancing forest dynamics. Nevertheless, these findings were controversial and some scientists pointed out statistical and methodological errors (Lewis et al. 2006a; Wright 2006).The present project is based on a very different point-of-view and makes a nother interpretation of these results. The main hypothesis of this study is that the observed changes in forest dynamics around the Amazonian basin and in French Guyana are the consequence of natural endogenous processes. Tropical forests are facing recurring disturbances of various intensities and scales, ranging from tree fall (several square meters) to major drought linked to El Niño events (thousands of hectares). Thus forests would never reach equilibrium, but would rather fluctuate between short periods of disturbance and long periods of regeneration. The main findings of this study are that forests at our site can be seen as a mosaic of areas at different structural and dynamical stages, most of them increasing in mean stem diameter and accumulating biomass. The overall biomass balance is a net biomass increase that might mainly be related to endogenous forest dynamic.

Les gestionnaires forestiers sont demandeurs d'une aide à la décision pour la conservation du mélange Sapin et Epicéa en forêt de montagne. Pour répondre à leur attente, nous avons modélisé, pour les deux espèces, les fonctions démographiques (croissance, mortalité et recrutement) et les fonctions d'allométries à partir de données de terrain. Ces fonctions ont été implémentées dans un modèle de dynamique forestière afin d'améliorer les connaissances sur la dynamique naturelle des deux espèces et d'envisager des tests de scénarios sylvicoles. L'estimation statistique des paramètres des modèles a été effectuée dans un cadre bayésien hiérarchique. Elle a permis de mettre en évidence et de quantifier les différences entre espèces : le Sapin, espèce tolérante à l'ombre comparativement à l'Epicéa, est moins sensible à l'autoéclaircie, a une croissance plus forte et un taux de recrutement plus important à faibles niveaux de lumière que l'Epicéa. Les modèles développés ont pris en compte l'incertitude sur les observations et la variabilité spatio-temporelle des processus. La variabilité individuelle (ou intraspécifique) et temporelle (interannuelle et intra-individuelle) est forte et tend à égaliser la fitness des deux espèces en inversant la hiérarchie des espèces localement dans l'espace ou sporadiquement dans le temps. Les premières simulations à l'aide du simulateur Samsara2 indiquent un meilleur comportement du modèle lorsque la variabilité spatio-temporelle est inclue dans les processus. La variabilité assure une structuration en hauteur et en diamètre ainsi qu'une évolution de la surface terrière qui correspondent à des patterns plus réalistes que lorsque la variabilité n'est pas prise en compte. A l'issue des premières simulations sur un peuplement test en mélange, on observe une exclusion compétititve systématique de l'Epicéa par le Sapin. Les mécanismes égaliseurs associés à la variabilité ne parviennent pas à contrebalancer l'avantage compétitif du Sapin sur l'Epicéa. Toutefois, la dynamique transitoire du système est lente et la coexistence apparente des deux espèces peut s'étaler sur plusieurs centaines d'années.

La présente étude a été réalisée dans le cadre du projet SAFE (Sylviculture et aménagement forestier écosystémique), dont l'objectif est de tester différents traitements sylvicoles s'inspirant de la dynamique naturelle des peuplements dans un contexte d'aménagement écosystémique. Les deux volets du présent mémoire touchent la régénération naturelle, un processus clé de l'aménagement forestier durable et visent les processus fins impliqués dans l'établissement et la croissance de la régénération forestière. Dans un premier chapitre, nous avons profité d'une année semencière en 2006 pour comparer l'établissement et la survie des semis d'arbres sur les débris ligneux grossiers (DLG) et sur la couverture morte issue de litière fine. La densité et la survie des semis de l'année suivant la pluie de graine ont été évaluées en 2007 et 2008 dans le cadre d'un échantillonnage où chaque bille était appariée à une superficie équivalente sur le sol adjacent à la bille. Un dénombrement des semis plus âgés a aussi été réalisé sur les billes. L'essence, le stade de décomposition, la dureté et la densité du bois, la capacité de rétention d'eau et le ratio C/N des billes ont été caractérisés. Le recouvrement d'herbacées, le recouvrement et l'épaisseur des feuilles et des mousses, ont été mesurées sur les billes et au sol. Il en ressort que la probabilité qu'un semis s'établisse augmente avec l'humidité du bois et diminue avec la dureté de la surface des billes. La survie des semis diminue au cours de l'année suivant leur établissement dans des peuplements ayant une surface terrière en feuillus plus élevée. Les résultats montrent que les essences produisant de petites semences, soit le bouleau blanc (Betula papyrifera Marsh.), l'épinette noire (Picea mariana Mill.) et l'épinette blanche (Picea glauca Moench) s'établissent préférentiellement sur le bois mort, tandis que le sapin (Abies balsamea L. Mill), une espèce qui produit des semences plus grosses, s'établit davantage au sol. Les peuplements surannés de sapin et bouleau blanc offrent de bonnes conditions pour l'établissement de la régénération sur les débris ligneux. Dans un deuxième chapitre, la réponse en termes de croissance et de densité de la régénération du sapin baumier (Abies balsamea L Mill.) et du peuplier faux-tremble (Populus tremuloides Michx) à quatre traitements de coupe a été évaluée ainsi que l'impact relatif des compétitions intra- et inter- spécifiques sur la croissance des deux essences. Les quatre traitements étaient: coupe partielle dispersée, coupe partielle par trouées, coupe totale et témoin non coupé. Des inventaires de la régénération ont été effectués un, deux, cinq et huit ans après coupe. Nous avons aussi caractérisé la croissance en diamètre en hauteur des gaules des deux essences pour la période immédiatement avant coupe et les années subséquentes. Dans la moitié des placettes échantillonnées, un sapin situé au milieu de la placette a servi d'arbre d'étude et dans l'autre moitié un peuplier a servi d'arbre d'étude. Un échantillon de coupe transversale à la base du tronc de l'arbre d'étude a été cueilli afin de déterminer l'âge minimal et de mesurer la croissance radiale au collet. Nos résultats confirment que la densité du tremble augmente avec le degré d'ouverture du couvert, mais diminue avec le temps depuis la coupe, tandis que la densité du sapin continue à augmenter (recrutement) dans tous les traitements. La croissance du sapin répond bien à l'ouverture du couvert. Ces résultats démontrent la possibilité d'influencer la composition des peuplements futurs à l'aide des pratiques sylvicoles adaptées. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Régénération, plasticité du sapin, gradient de lumière, aménagement écosystémique, débris ligneux grossiers, billes nourricières, semis, forêt boréale.

Les feux de forêts constituent l'un des processus les plus importants de la forêt boréale en établissant les fondements d'une mosaïque dynamique de peuplements forestiers à l'intérieur de laquelle une multitude d'autres processus interagissent. En initiant une succession secondaire, ils déterminent en partie la composition, la structure et la répartition spatiale des différents types d'habitats rencontrés en forêt boréale. Voilà pourquoi il est souvent suggéré que les impacts des perturbations anthropiques (e.g. coupes) sur les paysages aménagés seront atténués si celles-ci émulent le mieux possible les patrons et processus normalement générés par les perturbations naturelles (e.g. feux de forêt). Le cycle des feux, défini comme le temps nécessaire à ce qu'une superficie cumulée égale au territoire à l'étude ait brûlé de nouveau, est un paramètre important du régime des feux puisqu'il détermine la proportion des classes d'âge à l'échelle du paysage. Or, les cycles des feux relativement longs documentés dans l'est du Canada suggéraient que les paysages forestiers produits au terme de la première rotation forestière industrielle seraient amputés d'une portion importante de la variété d'habitats qui caractérisent les paysages produits par les perturbations naturelles. L'objectif principal de cette thèse était donc de documenter le cycle des feux sur la Côte-Nord, une région caractérisée par une présence particulièrement importante de vieilles forêts, ainsi que ses répercussions sur la dynamique successionelle des principales espèces d'arbres et les implications sur l'aménagement forestier en forêt boréale de l'est du Canada. Dans un premier chapitre, nous avons évalué le cycle des feux sur la Côte-Nord ainsi que l'incertitude qui lui est associée à l'aide d'une approche par modélisation. Nous y comparons aussi trois méthodes d'analyses de survie pouvant être utilisées pour estimer le cycle des feux. Il s'est avéré que l'approche non-paramétrique, la régression de Cox, permet l'obtention d'une estimation plus robuste aux variations temporelles de l'activité des feux, la source de biais potentiel la plus importante. À l'aide de cette méthode, nous avons pu estimer à environ 227 ans le cycle des feux récent dans le territoire à l'étude, une valeur à laquelle est toutefois associée un intervalle de confiance à 95% de ±60 à 70 ans. Dans un second chapitre, nous avons isolé les facteurs responsables d'une hétérogénéité spatiale de la fréquence des feux sur la Côte-Nord, qui se sont avérés dépendre fortement de l'échelle spatiale à laquelle ils sont décrits en raison du caractère contagieux des feux de forêt. Il s'est avéré qu'au sein d'un même paysage, certaines grandes zones dominées par des versants exposés au sud étaient 2 à 6 fois plus susceptibles que d'autres, affectant ainsi la répartition de peuplements forestiers distincts au niveau de la composition et/ou de la structure. Nous avons ensuite testé l'influence de cette hétérogénéité sur la dynamique des peuplements au moyen d'analyses multivariées des communautés végétales. Nous avons ainsi tenté d'isoler l'influence du temps depuis le dernier feu en tant que tel de l'appartenance à un contexte où les feux sont plus ou moins fréquents. De façon générale, c'est seulement dans les zones à faible fréquence des feux que le principal spécialiste de fin de succession, le sapin baumier, arrive à supplanter l'espèce globalement la plus abondante en forêt boréale de l'est du Canada, l'épinette noire, en raison du temps depuis le dernier feu généralement plus long. Nos résultats suggèrent aussi que la succession de P. mariana vers A. balsamea peut se produire longtemps après ce qui est généralement couvert par les reconstitutions dendroécologiques de l'historique des feux dans ce type de paysages boréaux (>200-300 ans). En dernier lieu, nous nous sommes intéressés à un autre paysage forestier boréal, situés à l'extrême ouest du Québec en partie sur la portion nord de l'Abitibi et au sud de la Jamésie. Nous avons examiné la variabilité à plus long terme (6800 ans) de l'activité des feux au moyen d'une reconstitution paléoécologique basée sur les fragments de charbon enfouis dans les sédiments de lac stratifiés. Cette analyse nous a permis de décrire ce que nous soutenons être une plage de variabilité naturelle pertinente pour l'établissement de cibles d'aménagement, qui fut comparée à l'état actuel du paysage étudié. Nos résultats confirment les appréhensions selon lesquels l'aménagement néglige une importante proportion des paysages boréaux naturels, i.e. les vieilles forêts, puisque celles-ci semblent avoir occupé une portion importante de ce paysage au cours de l'ensemble de son histoire post-glaciaire, une réalité qui a rapidement été altérée au cours des trois dernières décennies de récolte extensive. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Feux de forêt, Côte-Nord, Abitibi, Québec, Aménagement forestier écosystémique, Épinette noire, Cycle des feux, Fréquence des feux, Paléoécologie, Analyses de survie.

Pour des raisons historiques et dans un contexte écologique à fortes contraintes, certains types de formations forestières sont en évolution notable dans les montagnes du pourtour nord de la Méditerranée. Dans la montagne de Lure, les forêts reboisées de Pinus nigra sont peu à peu entrées dans un processus lent de maturation sylvigénétique, se traduisant par l'apparition ou la réapparition du Fagus sylvatica. Les gestionnaires de l'ONF travaillent à la mise en place d'un plan de gestion durable qui prendrait en compte <br />la potentialité de ces stations forestières artificielles. Cette étude se situe dans ce cadre général de dynamique de la biodiversité et de changement des pratiques traditionnelles de gestion et de production vers la gestion durable des peuplements forestiers favorisant les espèces autochtones. <br />L'analyse phytoécologique montre que : (i) La zonation des peuplements forestiers dominants sur le versant nord de la montagne de Lure n'est pas toujours en rapport avec le cortège floristique associé ; (ii) le peuplement de pin noir montre la richesse spécifique en espèces patrimoniales la plus pauvre. Par contre, le peuplement de Abies alba en mélange avec le hêtre présente la richesse spécifique la plus élevée ; (iii) Certains travaux sylvicoles peuvent maintenir les espèces patrimoniales, comme les coupes progressives dans la pinède et les coupes jardinatoires en petite surface dans la hêtraie et la hêtraie sapinière. <br />L'approche expérimentale sur les potentialités de régénération des principales essences forestières démontre que l'absence du Abies alba dans la partie basse de la montagne (800 m) est due à un problème de dispersion (absence de semencier alentour) et non à des contraintes écologiques. Cette absence peut être attribuée à la distribution géographique des refuges pendant les glaciations quaternaires, mais aussi à l'effet de l'anthropisation qui a commencé avec le développement des sociétés sédentaires du Néolithique.

En Afrique Centrale, l'exploitation de la forêt tropicale humide représente un secteur économique important pour les pays de la région, autant par les devises qu'elle rapporte que par les emplois qu'elle génère. Ces forêts sont également pour les populations locales une réserve essentielle de ressources (produits forestiers non ligneux, protéines par l'intermédiaire de la chasse). La gestion durable de ces forêts repose souvent sur des modèles de dynamique de population structurée en taille appelés aussi modèles matriciels, qui décrivent la dynamique forestière et permettent de prédire l'évolution temporelle du stock de bois. La précision des prédictions du modèle est directement liée à la précision des estimations des paramètres du modèle. Ces paramètres, appelés aussi taux vitaux, incluent les taux de croissance, de recrutement et de mortalité. Il existe deux principales sources de variabilité dans l'estimation des paramètres : la variabilité d'échantillonnage, et la variabilité environnementale. La variabilité d'échantillonnage dépend de la quantité de données disponibles pour estimer les paramètres. Comme les forêts tropicales humides ont une richesse spécifique élevée avec beaucoup d'espèces rares, la plupart des paramètres estimés pour chaque espèce ont une erreur forte. Une manière de résoudre ce problème est de regrouper les espèces ayant un comportement démographique similaire afin d'augmenter le nombre d'observations disponibles. La variabilité due à l'environnement est liée aux variations spatiales et temporelles des paramètres de transition en raison des fluctuations de l'environnement (comme le climat ou le sol). Ce type de variabilité n'est pas encore pris en compte dans les modèles utilisés par les gestionnaires forestiers. L'objectif de l'étude est d'intégrer la variabilité liée au climat (pluviosité) dans les prédictions de la dynamique forestière et de regrouper les espèces en fonction de leur réponse à la pluviosité. Dans un premier temps, nous regroupons les espèces et déterminons simultanément la relation entre les taux de croissance, de mortalité et de recrutement, et les variables climatiques, pour chacun des groupes d'espèces à l'aide d'un modèle de mélange de régressions. Les données sur lesquelles le modèle est ajusté proviennent de placettes permanentes (40 ha, 25 ans de suivi) situées à M'Baïki, en République Centrafricaine. Les placettes sont installées dans une forêt mixte semi-décidue, où le climat présente une saison sèche marquée et où la pluviosité annuelle moyenne est de 1739mm. Les variables climatiques utilisées sont la longueur de la saison sèche, la pluviosité moyenne pendant la saison sèche et la réserve en eau du sol annuelle moyenne. La réponse de la croissance, de la mortalité et du recrutement aux variables climatiques varie selon les espèces. Neuf groupes de réponse ont été déterminés pour la croissance, trois pour la mortalité et cinq pour le recrutement. Les groupes de réponse basés sur la croissance montrent une corrélation entre la réponse à la sécheresse et la tolérance à l'ombre des espèces. Dans un second temps, nous prédisons la dynamique du peuplement forestier qui intègre la variabilité des précipitations, et la variabilité de la réponse des espèces à la pluviosité. La dynamique du peuplement est prédite pour 3 scénarios climatiques : une augmentation de la sécheresse, une augmentation de la pluviosité, ou aucun changement des précipitations. La réponse du peuplement est analysée en termes d'évolution de la structure du peuplement (surface terrière et densité), et de composition relative des groupes d'espèces définis auparavant. Les analyses révèlent un gradient de réponse à la sécheresse opposant 9 espèces majoritairement pionnières, qui répondent négativement à la sécheresse, à 60 espèces majoritairement tolérantes à l'ombre qui répondent positivement. Le peuplement forestier de M'Baïki semble donc résistant à la sécheresse. De plus, la réponse à la sécheresse semble pilotée par la réponse de la mortalité aux variables climatiques, les espèces tolérantes à l'ombre ayant une mortalité plus faible pendant la sécheresse, probablement grâce à l'augmentation de la luminosité dans le sous-bois résultant d'une période de défoliation des arbres décidus de la canopée plus longue pendant la sécheresse. Dans ce travail, nous avons également montré que l'exploitation augmente la proportion des espèces pionnières dans le peuplement. Par conséquent, une intensification de l'exploitation rendrait le peuplement plus sensible à la sécheresse.

L'évaluation de la durabilité écologique et économique d'une exploitation forestière dans le contexte amazonien est l'objectif de ce travail. Deux sites ont été utilisés : 1)le site de Paracou en Guyane française sur lequel la dynamique forestière est suivie depuis 1984; 2) une forêt privée située au Pará, Brésil, offrant des données sur l'impact de l'exploitation et ses coûts et recettes. Premièrement, ce travail a consisté à améliorer le simulateur de la dynamique forestière Selva. 11 modèles spécifiques aux processus de mortalité et de recrutement ont été élaborés. Les processus de mortalité sur pied et par chablis utilisent respectivement des variables biologiques de l'arbre et des variables descriptives du peuplement. Des variables décrivant la structure et la composition floristique du peuplement ont permis de modéliser le recrutement de 30 espèces, surtout des pionnières/héliophiles. L'incorporation de ces modèles a permis d'intégrer 92 stratégies de vie dans le simulateur. La forêt virtuelle générée montre une structure et une diversité spécifique proches d'une forêt primaire. Dans le cadre de la législation brésilienne préconisant des cycles de 25-35ans, la simulation montre qu'il est possible d'exploiter 4 tiges/ha/cycle en maintenant une surface terrière 20% inférieure à l'originale. Si l'exploitation forestière engendre des bénéfices variant entre 147 et 239 US$/ha/an, la déforestation produit des bénéfices légèrement supérieurs (295 US$/ha/an). Un schéma de compensation financière de changement d'un système émetteur de carbone (déforestation) pour un autre (exploitation forestière) représenterait un coût d'abattement de la tonne du carbone supérieur à US$ 10

Une typologie des structures est réalisée à partir d'un échantillon systématique de 3,12 ha et de cinq placeaux de 2 400 à 4 000 m2, représentant les principaux types d'organisation du peuplement. Cette analyse met en évidence des variations des structures spatiales (verticales et horizontales) et des structures floristiques, qui dépendent pour partie de la situation topographique au sein du dispositif, mais également de l'histoire locale du peuplement. L'analyse détaillée des modèles de répartition spatiale des individus et des processus (ponctuels) spatiaux qui permettent d'en rendre compte, montre qu'il convient alors d'envisager, pour les situations exemptes de perturbations majeures depuis longtemps, des mécanismes dynamiques alternatifs à la régénération dans les chablis. Il s'agit de phénomènes de substitution au sens large, qui ne font pas intervenir le potentiel germinatif ; le comblement de trouées de petite dimension, occasionnées par la mort sur pied d'un (ou de quelques) individu(s) de la voûte, est réalisé par les individus prééxistants. Les modalités de la substitution diffèrent en fonction de la situation topographique, en versants ou sur les crêtes. L'ensemble des résultats indique, que seule la prise en compte de l'hétérogénéité spatio-temporelle des mécanismes de renouvellement permettra de concevoir un modèle fiable de la dynamique de fonctionnement des forêts tropicales.

En 2013, Le Groupe d'experts Intergouvernemental sur l'Evolution du Climat (GIEC) publie son cinquième rapport concernant les changements climatiques. Il y est souligné que le réchauffement climatique est sans équivoque, et que de nouvelles émissions de gaz à effet de serre impliqueront une poursuite du réchauffement et des changements affectant toutes les composantes du système climatique. En région tropicale, une hausse de la température, ainsi qu'une intensification des événements de sécheresse et de pluviométrie extrêmes sont à prévoir. C'est dans ce contexte que s'inscrit ce travail, dont le but est d'étudier la réponse de la forêt tropicale à ces changements climatiques prédits en Guyane Française. Pour ce faire, j'ai utilisé les données du dispositif de suivi forestier de Paracou pour construire un modèle de dynamique individuel basé sur les traits fonctionnels des arbres. Un modèle de mortalité a d'abord été réalisé puis couplé à un modèle de croissance.Le modèle couplé ainsi construit permet de modéliser la croissance et la mortalité des arbres sur un pas de temps de 2 ans tout en tenant compte de leur ontogénie et de leurs traits fonctionnels. Ce modèle a d'abord été appliqué aux essences commerciales de Guyane Française en forêt naturelle et exploitée en y ajoutant un indice de stress hydrique. Ceci permet de montrer que le stress hydrique fait baisser la croissance et augmenter la mortalité, tandis que l'exploitation a l'effet inverse. Malgré le signal commun, différentes réponses sont observées selon les espèces. Le modèle a ensuite été appliqué à la communauté en forêt naturelle pour identifier les drivers climatiques et les processus impactés. Il ressort que la croissance est impactée par le stress hydrique et la température, et que la mortalité est impactée par le stress hydrique et la pluviométrie totale.Ces résultats ont enfin permis de construire un modèle complet de dynamique forestière climat dépendant, et de simuler l'évolution d'une communauté pendant un siècle selon différents scénarios correspondant aux prédictions du GIEC. Les simulations mettent en évidence une très forte diminution de la croissance, ainsi qu'une plus faible diminution de la mortalité. Ceci entraine une diminution notable de la surface terrière, du diamètre quadratique et de la biomasse fraiche. Une analyse de sensibilité montre que ces changements sont principalement dus à l'augmentation sévère des températures prédites pour le siècle à venir. Des pistes de réflexion sur les enjeux de modélisation et les échelles considérées sont proposées en discussion de ce travail. / In 2013 the intergovernmental panel on climate change (ipcc) publishes its fifth report. This report underlines that an increase of temperature and a strengthening of drought and extreme rainfall are expected in tropical regions. This work was made in this context of climate changes, and aimed to study the response of the rainforest to predicted climate changes. To do this, i used the data from the study site of Paracou French Guiana to build an individual based dynamics model based on the functional traits of trees. This model was first applied to species with a commercial interest in French Guiana, in natural and logged forest and adding a water stress index as predictor. Water stress decreases growth and increases mortality, while logging had the opposite effect. The model was then applied to the community in natural forest for identifying potential climate drivers and impacted processes. Growth is impacted by the water stress and temperature and mortality is imp acted by the water stress and the total rainfall. These results allowed us to build a climate dependent model of forest dynamics and to run simulations of the evolution of a community under different scenarios for the next century. Simulations showed a decrease of growth and a small decrease of mortality. This resulted in a substantial decrease of basal area, squared diameter and fresh biomass.