Tableau d’honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2013-2014. / Les espèces herbacées de sous-bois sont peu étudiées dans le contexte des changements climatiques. L’expérience B4WARMED, une simulation de réchauffement climatique en forêt de l’University of Minnesota, offrait l’opportunité d’étudier la réponse du Maianthemum canadense et de l’Eurybia macrophylla en interaction avec les autres composantes de leur écosystème. Les effets sur leur croissance, leur reproduction, leur phénologie et leurs taux de photosynthèse et de respiration ont été évalués, ainsi que les effets sur la disponibilité de la lumière, de l’eau et des nutriments. En général, ces deux espèces ont été modestement affectées par les traitements réchauffement. Leur émergence hâtive au printemps augmente leur effort reproducteur alors que la diminution du contenu en eau du sol semble avoir des effets négatifs à long terme. Le futur de ces espèces sous un scénario de réchauffement dépend donc, entre autres, de la réponse phénologique des strates supérieures et des changements au niveau des régimes de précipitations. / The understory herbaceous species are little studied in the context of climate change. The B4WARMED experiment, a forest warming facility of the University of Minnesota, provided the opportunity to study the response of Maianthemum canadense and Eurybia macrophylla in interaction with other components of their ecosystem. Effects on their growth, reproduction, phenology, photosynthesis and respiration rates were evaluated, along with the effects on the availability of light, water and nutrients. Overall, these two species were modestly affected by the experimental global warming treatments. However, their emergence in early spring promoted their reproductive output while reduced water content of the soil seemed to have negative effects in the longer term. The future of these species under a warming scenario depends, among other things, on the response of the upper strata in terms of phenology and on the changes in precipitation patterns.

Afin de déterminer l'impact direct des changements climatiques sur la dynamique des coins de glace et le régime thermique du pergélisol, 16 sites d'échantillonnage dans la vallée de la rivière Narsajuaq (Nunavik, Canada) qui ont fait l'objet d'études substantielles sur les coins de glace en 1989 et 1990 ont été revisités entre 2016 et 2018. Les observations et les mesures démontrent qu'au cours des 25 dernières années, les coins de glace de la vallée de la rivière Narsajuaq ont subi une dégradation sans précédent de leurs excroissances, engendrant un approfondissement généralisé des étages principaux en raison de l'approfondissement de la couche active qui a atteint des profondeurs de 1,2 à 3,4 fois supérieures à celles de 1991. Le régime thermique des quatre principaux types de sols identifiés (organique sableux mince, organique sableux épais, organique épais et sables fluviatiles) dans la vallée a fait l'objet de simulations numériques afin de reproduire les changements de température du pergélisol depuis 1990 et de prévoir les variations de l'épaisseur de la couche active jusqu'en 2100. Au cours des dernières décennies, les coins de glace de tous les types de sol ont été actifs, se fissurant presque tous les ans, excepté en 2010, l'année la plus chaude jamais enregistrée. Pour le reste du 21ième siècle, les simulations prédisent l'arrêt complet de la fissuration du sol entre 2020 et 2095 en fonction du type de sol, des seuils de craquement et des scénarios climatiques choisis. Cependant, en prenant en compte la variabilité interannuelle du climat, il est très probable que plusieurs coins de glace cesseront de fissurer au cours des 20-30 prochaines années. La couche active a atteint une profondeur record en 2010, puis s'est amincie avec le refroidissement récent. Il est attendu qu'elle s'approfondisse suffisamment au cours des prochaines décennies pour causer une dégradation généralisée des coins de glace, ne laissant que des coins de glace fossiles en profondeurs dans le pergélisol d'ici la fin du siècle. Cette thèse propose également une nouvelle approche permettant d'améliorer les estimations des réserves de carbone dans le pergélisol arctique en se basant sur la photo-interprétation de la géologie de surface et des formes de relief ainsi que sur la reconstitution de l'histoire géologique du paysage. Une forte correspondance existe en effet, entre les formes du relief et les formations meubles d'une part et les stocks de carbone sous forme de matière organique dans les sols, d'autre part. / To determine the direct impact of climate change on ice-wedge dynamics and the permafrost thermal regime, 16 study sites in the Narsajuaq river valley (Nunavik, Canada) that were extensively studied for ice wedge between 1989 and 1991 were revisited between 2016 and 2018. Observations and measurements show that over the last 25 years, the ice wedges of the Narsajuaq river valley have experienced an unprecedented degradation of their upgrowth forms, resulting in a generalized deepening of their main stages due to the active layer reaching depths 1.2 to 3.4 times greater than in 1991. The thermal regime of the four main soil types identified (thin sandy peat, thick sandy peat, thick peat, fluvial sands) in the valley was modelled to reproduce permafrost temperature changes since 1990 and predict active layer thickness until 2100. In recent decades, ice wedges of all soil types have been active, cracking almost every year except in 2010, the warmest year on record. For the rest of the 21st century, simulations predict a complete cessation of soil cracking between 2020 and 2095 depending on the soil type, soil cracking threshold and the selected climate scenarios. However, based on the interannual variability of the climate in the region, it is very likely that ice wedges will stop cracking over the next 20-30 years. The active layer reached a record depth in 2010, then moved up with recent cooling. It is expected that the active layer will deepen sufficiently in the next few decades to cause widespread ice-wedge degradation, leaving only fossil ice-wedge roots deep in permafrost by the end of the century. This thesis also suggests a new approach to improve estimates of carbon stocks in Arctic permafrost based on image analysis of surface geology and landforms, as well as on the reconstitution of the geological history of Arctic permafrost landscapes. There is a strong connection between landscape features and surficial geology on the one hand, and carbon stocks as organic matter in soils on the other.

Tableau d'honneur de la Faculté des études supérieures et postdorales, 2014-2015 / Des travaux récents ont démontré l’importance de la reproduction sexuée chez plusieurs espèces « clonales » des milieux arctiques et subarctiques. Sur un système dunaire du Nunavik, une population d’une telle espèce, la camarine noire (Empetrum hermaphroditum), connaît une expansion importante par voie sexuée. Nous avons décrit la dynamique récente de cette population, évalué la performance des individus le long du gradient topographique et exploré les relations climat-croissance. Le recrutement abondant, le faible taux de mortalité et la croissance rapide entre 2007 et 2012 contribuent à maintenir la population en expansion. Cependant, dans les zones densément peuplées, la compétition semble limiter la croissance et la reproduction. Les températures estivales ont un effet positif sur la croissance, suggérant que le réchauffement du Québec subarctique depuis les années 1990 a favorisé l’expansion. La poursuite de la colonisation du système dunaire par la camarine pourrait réduire la diversité végétale et retarder la succession. / Recent research has demonstrated the importance of sexual reproduction for many “clonal” arctic and subarctic species such as crowberry (Empetrum hermaphroditum). Our study focused on a population that is undergoing rapid expansion through sexual reproduction on a subarctic sand dune system in Northern Québec. We described the recent dynamics of this population, evaluated individual performance across the topographic gradient and investigated climate-growth relationships. Between 2007 and 2012, the population experienced extensive recruitment, low mortality and rapid growth, contributing to its expansion. However, competition in the most heavily colonized areas of the dune system seemed to limit growth and reproduction. Positive climate-growth relationships suggest that recent warming in the study area promoted the rapid expansion observed since the mid-1990s. Further colonization of the dune system could lead to decreased diversity and delayed succession.

Thèse ou mémoire avec insertion d'articles / En entraînant des changements dans la diversité et la transmission parasitaire d'une région donnée, les changements climatiques peuvent augmenter la fréquence et la gravité des infestations parasitaires en favorisant le développement et la survie des stades infectieux qui peuvent affecter le comportement, la croissance, la condition corporelle et ultimement la survie de leur hôte. Bien que les effets négatifs des parasites et les mécanismes impliqués dans les interactions entre un hôte et ses parasites soient généralement bien étudiés, on en connaît beaucoup moins sur les effets additifs ou synergiques de plusieurs espèces de parasites chez un hôte commun. Dans l'est du Canada, les populations d'orignaux (Alces americanus) peuvent être infectées par plusieurs espèces d'endoparasites, mais depuis quelques années, on observe une augmentation des cas d'orignaux infestés par la tique d'hiver (Dermacentor albipictus), possiblement dû à des conditions climatiques plus clémentes pour leur survie. Dans cette étude, nous avons voulu déterminer quelles variables météorologiques sont les plus susceptibles d'influencer la charge de tiques d'hiver chez les orignaux. En mettant en relation la charge de tiques d'orignaux abattus à la chasses dans plusieurs régions du Québec avec plusieurs variables météorologiques susceptibles de limiter la survie de la tique d'hiver, nous avons démontré que la charge de tiques chez les orignaux à l'automne diminue avec le nombre de jours consécutifs au printemps où les températures journalières moyennes sont inférieures à -15°C ainsi qu'avec le nombre maximum de jours consécutifs en été où l'humidité relative est inférieure à 80% lorsque la fonte des neiges a été hâtive au printemps. Cette étude avait également comme objectif d'évaluer l'interaction potentielle entre les tiques d'hiver et les endoparasites de l'orignal et d'évaluer l'effet de la présence simultanée des tiques et des endoparasites sur la condition corporelle des orignaux. Nous avons identifié et dénombré tous les endoparasites présents dans les organes d'orignaux abattus à la chasse dans plusieurs régions du Québec et estimé l'abondance des tiques d'hiver présentes sur les carcasses. Nos résultats ont démontré que la prévalence et l'intensité des tiques d'hiver et des parasites gastro-intestinaux différaient selon les régions, ainsi que la prévalence du parasite du cœur Taenia krabbei et l'intensité d'Echinoccocus granulosus. Cependant, nos résultats n'ont démontré aucune interaction entre les différents types de parasites présents chez les orignaux et leur présence simultanée ne semble pas avoir d'effet sur la condition corporelle des orignaux. Ces résultats suggèrent que les orignaux échantillonnés étaient possiblement trop peu infectés pour détecter une interaction parasitaire ou un effet sur leur condition. / By causing changes in parasite diversity and transmission in a given region, climate change may increase the frequency and severity of parasite infestations by promoting the development and survival of infective stages that can affect the behavior, growth, body condition, and ultimately the survival of their host. Although the adverse effects of parasites and the mechanisms involved in the interactions between a host and its parasites are generally well studied, much less is known about the additive or synergistic effects of multiple parasite species on a host. In eastern Canada, moose (Alces americanus) populations can be infected by several species of endoparasites, but in recent years, the number of moose infested by the winter tick (Dermacentor albipictus) has increased, possibly due to milder climatic conditions for their survival. In this study, we wanted to determine which weather variables were most likely to influence winter tick load in moose. By relating winter tick load of hunted moose in several regions of Quebec to different meteorological variables likely to limit winter tick survival, we demonstrated that winter tick load in fall decreased with the maximum number of consecutive days in spring with average daily temperatures below -15°C and with the number of consecutives days in summer with a relative humidity <80% when snowmelt in spring was early. This study also aimed to assess the potential interaction between winter tick and endoparasites and determine the effect of the simultaneous presence of winter tick and endoparasites on moose body condition. We identified and counted all endoparasites present in the organs of hunted moose in several regions of Quebec and estimated their winter tick load. Our results showed that the prevalence and intensity of winter tick and gastrointestinal parasites differed among regions, as did the prevalence of the heart parasite Taenia krabbei and the intensity of Echinoccocus granulosus. However, our results showed no interaction between parasite species present in moose, and their simultaneous presence did not seem to affect moose body condition. These results suggest that sampled moose were not sufficiently infected to influence their condition or to detect parasite interactions.

Dans les environnements marins arctiques, les protistes unicellulaires constituent les premiers maillons du réseau trophique. Les flagellés hétérotrophes (HF) jouent un rôle clé au sein de ce réseau trophique comme brouteurs de bactéries et de phytoplanctons, étant broutés à leur tour par les microzooplanctons comme les dinoflagellés ou les ciliés. Les scientifiques prévoient que les changements environnementaux extrêmes qui ont présentement lieu dans l’Océan Arctique transformeront ces communautés de protistes. Le sujet de cette thèse porte sur la composition taxonomique des communautés marines HF dans l’Océan Arctique, et leur réponse aux facteurs environnementaux. L’approche a été d’utiliser le comptage sur microscope à l’aide de l’hybridation fluorescente in situ pour évaluer l’abondance de deux taxons HF importants, le genre Cryothecomonas et le clade MAST-1 parmi les straménopiles marins. Une approche complémentaire a été de décrire la répartition de tous les taxons HF, y compris l’ordre Cryomonadida, les straménopiles marins, Picozoa, Telonemia, et les choanoflagellés, par l’utilisation du séquençage à haut débit. Les résultats des deux approches nous ont permis de capturer les tendances environnementales sur une large échelle géographique dans l’Arctique. Il a été mis en évidence une composition taxonomique structurée, principalement dû à l’influence de la glace de mer et d’autres facteurs environnementaux. Les cellules de Cryothecomonas semblaient provenir de la glace de mer, et au sein de la colonne d’eau ils se trouvaient les plus nombreuses près du bord de glace. Par contre, les trois sous-clades de MAST-1 étaient retrouvés principalement dans la colonne d’eau, mais répartis différemment par rapport au couvert de glace et les zones marginales de glace. La composition de la totalité de la communauté HF variait aussi par région, avec une plus grande importance de Telonemia et des choanoflagellés dans le Bassin du Canada. Pour plusieurs taxons, nous avons pu identifier un ou deux phylotypes dominants pour une région donnée. L’importance relative de ces taxons devrait changer lors de la retraite de glace continue dans l’Arctique, menant à des changements importants dans les réseaux trophiques et les cycles biogéochimiques. / In marine environments, single-celled protists form the initial links of the food web. Heterotrophic flagellates (HF) play a key role by grazing on bacteria and phytoplankton, being grazed upon in their turn by microzooplankton such as dinoflagellates and ciliates. The extreme environmental changes currently taking place in the Arctic Ocean are expected to transform protist communities. The subject of this thesis is the taxonomic composition of marine HF communities in the Arctic Ocean, and their response to environmental factors. The approach was to use fluorescent oligonucleotide probes to assess the abundance of two important HF taxa, the genus Cryothecomonas and the clade MAST-1 of the marine stramenopiles, via microscope counts. A complementary approach was to describe distribution of all HF taxa, including Cryomonadida, marine stramenopiles, Picozoa, Telonemia and choanoflagellates, by means of high-throughput sequencing. Results from these two approaches allowed us to capture broad environmental trends over a large geographic scale in the Arctic. A picture emerged of taxonomic composition largely structured by the influence of sea ice and other environmental factors. Cryothecomonas cells are inferred to live principally in the sea ice, and in the water column are more numerous close to the ice edge, whereas three sub-clades of MAST-1 are all found principally in the water column but are distributed differently relative to ice cover and marginal ice zones. The composition of the total HF community also varied by region, with a greater importance of Telonemia and choanoflagellates in the Canada Basin. For several taxa it was possible to identify one or two dominant phylotypes in a given region. The relative importance of these taxa is expected to change as sea ice retreat continues in the High Arctic, leading to important changes in trophic webs and biogeochemical cycles.

L’océan Arctique subit actuellement des modifications majeures et abruptes dans ces compartiments atmosphériques et océaniques reliées au changement climatique. Les premières conséquences écologiques à la perte de la glace de mer sont indéniables, telles qu’une augmentation globale de la production primaire (PP) annuelle à travers l’Arctique. Cependant, dans certaines régions, des études suggèrent plutôt une perte de productivité en réponse à une intensification locale de la stratification verticale. La réponse des communautés arctiques phytoplanctoniques au changement climatique reste toujours une question d’actualité complexe et incertaine, ayant de potentiels impacts sur l’ensemble des niveaux trophiques des écosystèmes marins. L’objectif premier de cette thèse se concentre sur cette problématique, avec une emphase particulière sur la biogéographie, la phénologie (c.-à-d., l’étude des cycles biologiques récurrents annuels) et la productivité des communautés phytoplanctoniques arctiques. Plus spécifiquement, cette étude s’appuie sur deux approches de recherche complémentaires : (1) la compilation et l’analyse de bases de données historiques traitant de la répartition verticale et spatiale, de la productivité et de l’écologie du phytoplancton arctique, et de (2) l’utilisation de la télédétection pour décrire la biogéographie, la phénologie et les changements en cours au niveau des communautés phytoplanctoniques arctiques. Basée sur une compilation inédite de profils verticaux de chlorophylle a (chl a; c.-à-d., 5206 stations), nous avons documenté la variabilité spatio-temporelle de la répartition verticale du phytoplancton et des différents régimes de productivité (de régions oligotrophes à eutrophes) pour l’ensemble de l’océan Arctique. Un modèle empirique a également pu être développé prédisant la répartition verticale de la chl a basée sur les valeurs de chl a de surface en fonction des saisons et des provinces biogéographiques de l’océan Arctique. Ce modèle nous a permis d’améliorer les estimations satellitales de la PP, mais aussi de mieux comprendre l’écologie et la phénologie des communautés phytoplanctoniques. Un intérêt particulier s’est porté sur les mécanismes de formation et de maintien des maxima de chlorophylle de subsurface (MCS) et de leur contribution à la PP annuelle. Par leur position verticale dictée par les profondeurs combinées de la nitracline et des masses d’eaux atlantiques (dans l’Arctique de l’Est) et pacifiques (dans l’Arctique de l’Ouest), ces MCSs contribuent significativement à la PP principalement dans les régions oligotrophes et lors des périodes de post-floraison. Dans un second temps, l’utilisation de la télédétection nous a révélé une conséquence inattendue du recul de la glace de mer en Arctique au niveau de la phénologie du phytoplancton arctique. Les régions qui avaient une seule floraison annuelle il y a seulement une dizaine d’années, développent maintenant une deuxième floraison à l’automne. Cette nouvelle floraison, qui coïncide avec le retard de la prise des glaces et à l’exposition accrue de la surface de l’océan aux vents automnaux, implique que l’océan Arctique pourrait passer d’un mode polaire à un mode boréal. Des scénarios biogéographiques du devenir de la PP annuelle, étroitement liés à la phénologie, peuvent ainsi être définis en réponse au retrait du couvert de glace de mer. Ces prédictions nous aideront à mieux appréhender de possibles changements au niveau des communautés phytoplanctoniques, pouvant engendrer par la suite des répercussions sur le cycle du carbone et les écosystèmes marins arctiques. / The Arctic Ocean is currently experiencing major and abrupt changes in its atmospheric and oceanic compartments due to climate change. The first emerging ecological consequences to the loss of sea ice are undeniable, such as increasing annual primary production (PP) globally in the Arctic Ocean. However, in some areas, studies suggest a decrease in productivity in response to a local intensification of the vertical stratification of the upper water column. The response of phytoplankton communities to climate change remains complex and difficult to predict, with potential dramatic impacts extending through all trophic levels of marine ecosystems. The primary objective of this thesis explores this fundamental question, with a particular emphasis on biogeography, phenology (i.e., the study of annual recurring biological cycles) and productivity of Arctic phytoplankton communities. More specifically, this study is based on two complementary research approaches: (1) the compilation and analysis of historical databases covering the vertical and spatial distribution, productivity and ecology of Arctic phytoplankton, and (2) the use of remote sensing data describing the biogeography, phenology and ongoing changes in Arctic phytoplankton communities. Based on a unique compilation of vertical profiles of chlorophyll a (chl a; i.e., 5206 stations), we documented the spatio-temporal variability of the vertical distribution of phytoplankton and the range of productivity regimes (from oligotrophic to eutrophic regions) across the Arctic Ocean. An empirical model has also been developed to predict the vertical distribution of chl a based on surface chl a values depending on season and the province of the Arctic Ocean. The benefits of this model allow us to improve satellite-derived PP estimates and improve our understanding of the ecology and phenology of phytoplankton communities. Particular attention has been focused on the mechanisms of formation and maintenance of subsurface chlorophyll maximum (SCM) and their contribution to annual PP. On account of their vertical position, dictated by the depths of both the nitracline and Atlantic (in the Eastern Arctic) and Pacific (in the Western Arctic) waters, these SCMs appear important to PP, particularly in oligotrophic regions and during post-bloom periods. In a second step, the use of remote sensing could reveal an unexpected consequence of Arctic ice loss on Arctic phytoplankton. Regions that experienced a single annual bloom only a decade ago now develop a second bloom in the fall. This new bloom, which coincides with delayed freeze-up and increasing exposure of the sea surface to winds in the fall, implies that the Arctic Ocean may be shifting from a polar to a temperate mode. Biogeographic scenarios for the future of the annual PP, which is closely related to phenology, can thus be defined in response to the current receding sea-ice cover. These predictions will allow us to better anticipate the possible changes in phytoplankton productivity and community structure and the potential cascading repercussions on the carbon cycle and marine Arctic ecosystems.

Thèse ou mémoire avec insertion d'articles. / La canneberge à gros fruits (Vaccinium macrocarpon) est un arbuste vivace cultivé principalement au Canada et aux États-Unis. Au cours des dernières années, le Québec est devenu un important producteur de canneberge ce qui en fait le plus grand producteur au Canada et le plus grand producteur de canneberge biologique au monde. Avec cette augmentation de la production, la pourriture des fruits de la canneberge (PFC), une maladie causée par 12 espèces de champignons, est devenue l'un des principaux facteurs affectant le rendement. Tirant partie de la technique moléculaire pour identifier l'agent pathogène en cause, cette étude s'est fixée pour objectif d'évaluer l'évolution temporelle de la PFC en déterminant et en comparant l'abondance des espèces fongiques sur deux années de production, 2018 et 2020, à partir de trois fermes (biologique, transition - sans fongicides depuis 2015, conventionnelle - trois applications de fongicides par année) réparties dans trois régions distinctes du Québec (respectivement, Saguenay - Lac - St - Jean, Lanaudière, Centre du Québec). Comme prévu, des variations significatives de la diversité fongique et de l'abondance relative ont été observées entre les années et les fermes. Cependant, les champignons prédominants au Québec sont demeurés les mêmes au fil des sites et des périodes d'échantillonnage, à l'exception d'une diminution de Colletotrichum fructivorum couplée à une augmentation de Strasseria geniculata entre 2018 et 2020. De plus, Monilinia oxycocci a été retrouvé presque exclusivement dans la ferme biologique, les deux années à l'étude, ce qui indique que les fongicides peuvent réprimer cet agent pathogène efficacement avec un effet durable. De plus, la plus grande diversité de champignons identifiés dans la ferme biologique confirme que les applications de fongicides ont réduit l'incidence de la PFC et la composition fongique. Bien que la température et les précipitations soient connues pour influencer le développement des maladies fongiques des plantes, les connaissances sur l'impact des facteurs environnementaux sur la dynamique spatio-temporelle des PFC sont limitées. Sur la base des données climatiques obtenues d'Environnement et Changement climatique Canada pour les trois fermes enquêtées, les effets des facteurs climatiques sur les variations observées de l'abondance des espèces ont été évalués en utilisant la modèle d'amplification du gradient d'apprentissage automatique, qui est un algorithme d'apprentissage automatique supervisé robuste. Étonnamment, la température et les précipitations n'étaient pas les facteurs les plus importants influençant l'incidence des champignons pathogènes causant la PFC au Québec. Les analyses ont révélé l'impact inattendu de pression de l'air sur la présence des espèces tout en corroborant celui des applications de fongicides. L'étude de l'effet des facteurs climatiques sur l'incidence de la PFC a abouti aux premiers résultats sur l'impact de leur évolution dans l'espace et dans le temps. En raison de leur influence sur les espèces de la PFC, le présent travail confirme qu'une estimation plus poussée de leur importance pourrait mener à une meilleure gestion de cette maladie. / Large cranberry (Vaccinium macrocarpon) is a perennial shrub grown mainly in Canada and the United States. In recent years, Québec has become a major producer of cranberry making it the largest in Canada and the largest of organic cranberry in the world. With this increase in production, cranberry fruit rot (CFR), a disease caused by 12 fungal species, has become one of the major factors affecting yield. Taking advantage of molecular techniques to identify the pathogens involved, this study set for objective to assess the temporal evolution of CFR by determining and comparing the abundance of CFR fungal species in two years, 2018 and 2020, from three cranberry farms (organic, transitional - without fungicides since 2015, conventional - three fungicide application per year), located in three distinctive regions of Quebec. As expected, significant variations in both fungal diversity and species relative abundance (SRA) were observed between years and farms. However, the predominant CFR fungi in Québec remained the same over the sampling sites and periods, with the exception of a decrease of Colletotrichum fructivorum coupled with an increase of Strasseria geniculata between 2018 and 2020. In addition, Monilinia oxycocci was almost exclusively found in the organic farm for the two years under study, indicating that fungicides can control this pathogen efficiently with a lasting effect. In addition, the higher diversity of fungi identified in the organic farm confirms that fungicide applications lowered CFR incidence and fungal composition. Although temperature and precipitations are known to influence the development of fungal plant diseases, there is limited knowledge of the impact of environmental factors on the spatio-temporal dynamics of CFR. Based on climatic data obtained from Environment and Climate Change Canada for the three surveyed farms, the effects of climatic factors on the observed variations in species abundance were evaluated by using the extreme gradient boost method, which is a robust supervised machine learning algorithm. Surprisingly, temperature and precipitations were not the most important factors influencing the incidence of CFR fungal pathogens in Québec. Analyses revealed the unexpected impact of air pressure on the presence of CFR species while corroborating that of fungicide applications. Investigating the effect of climatic factors on the incidence of the CFR resulted in the first outcomes on the impact of their evolution over space and time. Because of their influence on CFR species, the present work confirms that further estimation of their importance could result in better management of this disease.

Dans cette étude, la performance d'espèces arbustives dominantes a été étudiée au Mont de La Passe (altitude de 1242 mètres) dans le Parc National de la Gaspésie (PNG) le long d'un gradient altitudinal. Une cartographie récente (2008) de la limite altitudinale des formations de krummholz ainsi qu'une comparaison de photographies aériennes (1975 et 2004) ont été effectuées afin de déceler une possible expansion de la limite de certaines espèces arbustives ou une densification de leur population. De plus, un suivi phénologique, la récolte de fruits ainsi que la récolte d'individus ont été effectués dans cinq étages de végétation (forêt ouverte (1), subalpin (2), alpin inférieur (3), alpin moyen (4) et alpin supérieur (5)). Cet échantillonnage a permis d'analyser l'efficience de la reproduction sexuée de Betula glandulosa, d'Empetrum hermaphroditum, de Vaccinium uliginosum et de Vaccinium vitis-idaea ainsi que la croissance radiale de B. glandulosa. Au Mont de La Passe, une densification des espèces arbustives les plus abondantes semble être en cours depuis le milieu des années 1970. La densification observée se concentre dans l'étage de végétation alpin inférieur, près de la limite altitudinale des formations de krummholz. La répartition des espèces ainsi que leur performance reproductive et de croissance semblent être influencées par la modification des conditions climatiques survenant avec l'augmentation de l'altitude, ainsi que par la compétition présente dans les étages de plus basse altitude. V. uliginosum, qui montre une production de fruits supérieure vers le sommet et un taux moyen de germination élevé similaire tout le long du gradient, semble être davantage influencé par la compétition et être une espèce tolérante à la rigueur du climat. D'autres espèces semblent davantage affectées par ces conditions climatiques rigoureuses et connaissent de meilleures performances en plus basse altitude, comme E. hermaphroditum. Toutefois, l'étude d'individus de B. glandulosa révèle que la température des deux dernières décennies serait un facteur d'importance expliquant l'augmentation de la croissance radiale observée dans les étages de végétation alpins moyen et supérieur. Ainsi, la performance accrue des principales espèces arbustives présentes en grande abondance au Mont de La Passe pourrait être due, en partie, au réchauffement que connaît la région depuis peu. Ces espèces pourraient dès lors se propager vers de plus hautes altitudes, menaçant les quelques espèces arctiques-alpines (Diapensia lapponica, Loiseleuria procumbens, Rhododendron lapponicum, etc.) confinées aux sommets et présentes en faible abondance. La bonne croissance et le succès reproducteur des individus d'espèces arbustives à port érigé des étages alpins laissent croire à une possible fermeture du couvert arbustif vers le sommet, phénomène pouvant conduire à une perte de biodiversité au Mont de La Passe dans les prochaines décennies.

Tableau d’honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2012-2013. / La limite des arbres est contrôlée par le climat rigoureux y prévalant, par différentes contraintes écologiques et par les caractéristiques des espèces qui la composent. Cette dynamique est liée à la régénération des espèces arborescentes, de la germination des graines à la survie et à la croissance des plantules. Notre objectif était de caractériser la dynamique de la limite altitudinale des arbres à Kangiqsualujjuaq et d'identifier les facteurs contrôlant la régénération des espèces arborescentes. La cartographie des individus le long de gradients altitudinaux et des analyses dendrochronologiques ont révélé un important recrutement de Larix laricina et une accélération récente de sa croissance verticale et radiale. Nos expérimentations suggèrent que l'effet allélopathique d'espèces arbustives, inhibant la germination et la faible disponibilité des lits de germination adéquats entravent la régénération de Picea manana. Le recrutement accru du mélèze au-delà de la limite des arbres pourrait mener à une remontée de celle-ci à Kangiqsualujjuaq.

Les émissions anthropogéniques de dioxyde de carbone ont changé le climat de la Terre. Les forêts boréales contiennent de vastes quantités de carbone (C) et peuvent donc jouer un rôle crucial dans le cycle du C global. Les pessières noires dominent la forêt boréale nord-américaine, il est donc nécessaire de comprendre leurs réponses à la variabilité du climat et aux perturbations écologiques telle la récolte forestière afin d’identifier les facteurs influençant les échanges de C entre la biosphère terrestre et l’atmosphère. Le premier chapitre de recherche (Chap. 3) présente une comparaison des échanges de C de trois pessières noires matures de différentes régions du Canada. Cette étude a montré que le sol plus chaud sous un couvert de neige plus épais en hiver et de faibles niveaux de lumière en juin au site de l’est du Canada, des conditions communes dans cette région, ont réduit la séquestration de C relativement aux sites du Canada central. Une paramétrisation générale à une échelle de temps mensuelle a suffit à caractériser la réponse des pessières noires matures aux conditions environnementales. Dans le deuxième chapitre de recherche (Chap. 4), le bilan de C et la réponse des échanges de C aux conditions environnementales de pessières noires mature et récemment récolté de l’est du Canada ont été quantifiés. Le bilan de C de ces pessières noires était davantage affecté par leur stade de développement que les variations interannuelles du climat. La réponse des échanges de C aux facteurs environnementaux a montré une plus forte variabilité entre et à l’intérieur des années au site récolté due à la structure dynamique de la végétation. Le troisième chapitre de recherche (Chap. 5) concerne les échanges de C du parterre forestier d’une pessière noire mature de l’est du Canada mesurés sur différents microsites. La respiration du sol et la photosynthèse du parterre forestier ont respectivement contribuées à 76-88% et 16-17% de la respiration et de la photosynthèse totales de l’écosystème. Les différences observées de réponse de la respiration du sol aux facteurs environnementaux suggèrent que le type de microsite peut refléter la variabilité spatiale de la respiration du sol. Ces trois études procurent de l’information utile pour paramétrer et modéliser la réponse de la forêt boréale aux variations du climat et aux perturbations écologiques. / Carbon dioxide emissions from human activities are changing the Earth’s climate. The boreal forest contains enormous carbon (C) stocks and hence it plays a critical role in the global C cycle. Black spruce ecosystems are the dominant cover type in the North American boreal forest, thus it is necessary to understand their response to both climate variability and to ecological disturbances such as forest harvest so as to identify the factors influencing C exchange between the biosphere and the atmosphere. The first research chapter (Chap. 3) of this thesis presents a comparison of C exchange for three old black spruce ecosystems located in different regions of Canada. This study showed that warmer soil under deeper snowpack in winter and low light levels in June at the eastern Canada site, which are common conditions in that region, reduced C sequestration relative to that of similar ecosystems in central Canada. Furthermore, a general parameterization at a monthly time resolution was sufficient for characterizing the physiological response of all three black spruce ecosystems to environmental conditions. In the second research chapter (Chap. 4), the C balance and the response of C exchange to environmental conditions of a mature and a recently harvested black spruce site in eastern Canada were quantified. The C balance of these black spruce ecosystems was more affected by their respective developmental stage than by inter-annual climate variability. The response of C exchange to environmental factors showed a greater between- and within-year variability at the harvested site due to the dynamic structure of the vegetation. The third research chapter (Chap. 5) examined forest floor C exchange for a mature black spruce site in eastern Canada measured on different microsites. Soil respiration and forest floor photosynthesis accounted for 76-88% and 16-17% of total ecosystem respiration photosynthesis, respectively. The observed differences of the response of soil respiration to environmental factors suggest that microsite can reflect the spatial variability of soil respiration. All three of these studies provide valuable information for parameterizing and modeling the response of boreal forests to climate variability and to ecological disturbance.