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.

Au cours des dernières années, on a assisté à un virage vers une gestion plus durable de la forêt publique et des ressources forestières. Pour ce faire, il est nécessaire d'acquérir des informations précises sur le statut des forêts. Ceci permettra, d'une part, de mieux évaluer les ressources disponibles et, d'autre part, de faire un meilleur suivi de leur dynamique afin, par exemple, de mieux comprendre et de prévoir les impacts de l'activité sylvicole. Il a été démontré que les capteurs lidars pouvaient être utilisés afin d'obtenir des données pouvant être segmentées afin de décrire assez fidèlement la géométrie de la couronne d'arbres individuels. Parmi les attributs de la forêt pouvant être extraits de ces données, la hauteur de la base de la couronne vivante est probablement un de ceux pour lequel le potentiel du lidar a été le moins étudié et ce, malgré l'importance que la connaissance de ce paramètre peut avoir pour, par exemple, le calcul de la biomasse ou la prévention des feux de forêts. Une nouvelle méthode permettant d'estimer la hauteur de la couronne vivante à partir de données lidar est proposée. Les données utilisées pour la recherche ont été acquises au Québec, sur le territoire de la forêt d'enseignement et de recherche du Lac Duparquet. Les trois espèces à l'étude sont le peuplier faux-tremble, l'épinette blanche et le pin gris. L'appareil lidar utilisé pour acquérir les données est un capteur ALTM3100 de Optech permettant l'enregistrement des premiers et derniers retours, ainsi que jusqu'à deux retours intermédiaires. La méthode présentée a donné un biais de -1.37 mètres et une erreur type de 2.36 mètres. Ces résultats sont comparables à ceux obtenus par d'autres auteurs et semblent confirmer leur observation que le lidar à tendance à surestimer la hauteur de la base de la couronne. Il est noté que cette tendance à surestimer la mesure n'est pas systématique; elle semble se manifester différemment selon l'espèce. Des hypothèses concernant les différentes variables pouvant affecter la précision des mesures sont avancées. Des pistes pour mieux évaluer leur effet respectif ainsi que deux méthodes pouvant être utilisées pour améliorer l'exactitude et la précision des estimés sont proposées. ______________________________________________________________________________

Les conophytes sont un groupe d'insectes spécialisés dans l'exploitation des cônes: leur développement est lié obligatoirement à la présence de ceux-ci. Plusieurs espèces conophytes se nourrissent du cône et des graines et ont un impact important sur la production semencière. Les espèces s'attaquant au sapin baumier (Abies balsamea) sont mal connues, tout comme leur impact sur la production de graines et sur la régénération des peuplements. Le présent projet vient pallier le manque de connaissances. Il présente l'inventaire des insectes présents et la structure de la communauté, fait la relation entre les périodes de colonisations de conophytes et le développement du cône et établit certaine interactions entre les différentes espèces de conophytes. Au niveau de la production semencière, le projet a permis d'évaluer l'impact des conophytes sur la production semencière du sapin baumier. Il constitue également une première tentative de relier les pertes observées au niveau des cônes et la densité des émergents de sapin baumier. Un dispositif d'échafaudage, installé dans une sapinière boréale, a permis l'accès aux cimes des arbres, permettant la récolte des cônes sur une base périodique. Ces récoltes ont permis 1) d'identifier les insectes qui parasitent les cônes du sapin baumier, en forêt boréale, 2) d'estimer les périodes d'attaques des conophytes, 3) d'établir des relations entre les différentes espèces et 4) d'évaluer leur impact sur la production semencière. Les trois premiers points sont traités dans le chapitre 2, alors que l'impact des conophytes sur la production de graines fait l'objet du chapitre 3. Un deuxième dispositif, comprenant des grilles de trappes à graines et des quadrats pour le suivi de l'émergence des semis, a été installé dans huit sapinières (chapitre 4). Il a été possible d'établir un lien entre la prédation prédispersion et la régénération, en se concentrant essentiellement sur l'émergence des semis. Au cours des années 2003 et 2004, les conophytes ont colonisé l'ensemble des cônes récoltés à l'aide du dispositif d'échantillonnage. Douze espèces ont été inventoriés, principalement des espèces phytophages. Si trois de ces espèces sont abondantes (Dasineura sp., Earomyia aterrima et Megastigmus specularis), les autres demeurent relativement rares. La communauté est par conséquent très peu diversifiée. Les périodes d'attaque s'échelonnent sur plus de deux mois, par contre, la plupart des espèces colonisent le cône avant la lignification de celui-ci. Malgré la cohabitation de plusieurs espèces au sein d'un même cône, peu de relations de compétition ont pu être établies entre les espèces phytophages. Les tests ont toutefois permis de faire ressortir, en 2004, une relation négative entre Dasineura sp. et Earomyia aterimma, et une relation positive entre Dasineura sp. et Megastigmus specularis. La présence des conophytes, dans les cônes, a engendré des pertes au niveau de la production semencière. Ces pertes sont relativement faibles en 2003, alors que 26,6 % des graines produites ont été endommagées. Par contre, le taux de prédation a augmenté significativement en 2004. La faible production semencière en 2004 a concentré les larves dans peu de cônes: l'abondance des larves a doublé et le taux de prédation a atteint 89,3 % de la production de graines. Par conséquent, très peu de graines pleines ont été produites cette année-là. Les données de prédation, obtenues à l'aide du dispositif de trappes à graines, reflètent ce qui a été observé dans les cônes. Les deux dispositifs permettent de constater qu'il existe une relation entre la production semencière et l'abondance des larves. Les variations interannuelles dans la production semencière engendrent des variations inverses dans l'abondance des conophytes et les dégâts associés. Ainsi les taux de prédation sont faibles lors des années de forte production semencière. Par contre, les dégâts sont très importants en 2004, une année de faible production semencière. Cet effet se répercute au niveau des semis puisque la densité des émergents est quasiment nulle lors de ces faibles années de production semencière. Cela résulte de l'effet combiné d'un très faible taux de graines pleines et d'un important taux de prédation. Les conophytes ont donc, non seulement un effet sur la production de graines pleines, mais également sur la densité des émergents de sapin baumier. Il est cependant peu probable, dans des sapinières naturelles, que cet impact se répercute sur l'établissement des semis et donc sur la régénération des peuplements. Dans ces peuplements, la régénération est assurée par la présence d'une banque de semis permanente. Pour que les conophytes aient un impact sur la régénération, il faudrait que des taux de prédation élevés soient atteints au cours de plusieurs années consécutives, au moment de la constitution de la banque de semis permanente. Il serait toutefois intéressant d'étudier l'effet de ces insectes dans des sapinières en phase de régénération. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Abies balsamea, Conophytes, Prédation, Prédispersion des graines, Production semencière, Régénération, Sapin baumier.

Le chablis est une perturbation couvrant un large gradient de sévérité, et étant donc susceptible d'accélérer la succession forestière, aussi bien que de simplifier la structure des peuplements, en fonction de la sévérité de la perturbation, qui dépend en partie de caractéristiques propres au peuplement et de facteurs édaphiques. La présente étude avait donc plusieurs objectifs. Dans un premier temps, à l'échelle du territoire, il s'agissait de mieux cerner l'importance relative des chablis totaux et partiels dans la dynamique de la pessière à mousse, une région où le chablis n'a été que peu étudié, et de tester l'effet de l'âge et de la densité des peuplements, ainsi que du type de drainage des sols sur leur susceptibilité. Ensuite, il convenait de déterminer quel est l'impact du chablis sur la structure et la composition des peuplements, en testant l'effet du type de sol, de la densité et d'autres variables propres aux peuplements touchés ou aux arbres sur les taux, ainsi que sur les types de mortalité (bris ou déracinement), de survie (couché ou sur pied) et de régénération (semis ou marcottes). Cet article utilise la sélection de modèle afin de faire ressortir les variables principales qui agissent sur la susceptibilité des peuplements au chablis, sur l'impact que ce dernier a sur eux, et sur les arbres qui les composent. Les résultats font ressortir que la susceptibilité aux chablis sévères est fortement conditionnée par la densité initiale du peuplement. En ce qui concerne les chablis de sévérité plus modérée, beaucoup plus présents à l'échelle du territoire, ils semblent conditionnés par le drainage du sol. La mortalité est plus forte dans les peuplements évoluant sur sol minéral et sa cause principale est le déracinement. La mortalité individuelle, le type de mortalité, et le type de survie sont étroitement liés au DHP des tiges. D'autres variables entrent en jeu (densité, hauteur moyenne, profondeur de sol organique). Si la régénération semble comparable en abondance sur les deux types de sites, l'importance des puits comme microsites d'implantation des semis concerne surtout des essences feuillues pionnières compagnes de l'épinette noire. Par sa mortalité sélective, le chablis semble donc être un moteur d'hétérogénéité à l'échelle du territoire et un facteur de vieillissement des peuplements en conférant aux peuplements une structure ouverte de vieille forêt. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : paludification, pessière à mousse, dynamique de trouées, perturbation secondaire.

Un système basé sur le concept de naturalité, qui évalue la similarité par rapport à la forêt naturelle, a été élaboré dans le but d'évaluer les impacts de la foresterie. Ce système repose sur l'identification d'indicateurs de naturalité sensibles aux enjeux d'aménagement forestier reconnus et utilise des mesures disponibles à partir des cartes écoforestières, des études sur la modélisation des écosystèmes et des données historiques. Ce système fournit une valeur unique permettant de représenter l'effet conjugué de diverses pratiques, incluant la protection, sur les principales caractéristiques de l'écosystème forestier. D'abord développé pour la pessière, puis adapté pour la sapinière, ce système fonctionne de manière bidirectionnelle, permettant d'évaluer aussi bien la dégradation, que l'amélioration de la qualité des écosystèmes résultant d'objectifs de restauration et de mesures de mitigation. Ce système a été utilisé pour comparer l'impact sur la qualité des écosystèmes à l'échelle du paysage de divers scénarios sylvicoles considérés simultanément, comme dans la sapinière, où l'effet combiné de coupes progressives irrégulières et d'une réduction de la révolution de 70 à 50 ans pour les scénarios équiennes (coupe avec protection de la régénération et des sols et plantation) a été examiné. Son utilisation permet également d'éclairer la réflexion pour la détermination d'objectifs de protection aptes à limiter les pertes de biodiversité, tout en tenant compte de l'intensité de l'aménagement pour la production de bois. Ainsi, pour trois unités d'aménagement forestier de la pessière, considérant la combinaison de scénarios sylvicoles actuellement utilisés pour régénérer les forêts productives, le niveau de protection devrait être doublé et atteindre 35% de la superficie forestière afin de limiter d'éventuelles pertes d'espèces. Aussi, les résultats montrent qu'il serait plus avantageux au plan environnemental d'intensifier la production de bois d'espèces indigènes sur une petite proportion du territoire forestier tout en assurant une protection stricte sur la portion non productive, plutôt qu'un aménagement extensif sur la vaste majorité du territoire forestier. Dans le cadre du développement de l'analyse de cycle de vie (ACV) chapeauté par le Programme des Nations Unies pour l'environnement et la Société de toxicologie et de chimie de l'environnement (UNEP-SETAC), les impacts de produits ou services sur la qualité des écosystèmes sont évalués par le biais des impacts de l'utilisation des terres sur la biodiversité. Pour l'intégration à l'ACV, une courbe provisoire reliant l'indice de naturalité à la perte potentielle de biodiversité exprimée sur la base de la richesse en espèces provenant de la base de données PREDICTS est proposée. L'application de cette courbe a permis l'obtention de scores d'impact cohérents avec la proportion d'espèces disparues (PDF) estimée à partir de la naturalité et conformes aux connaissances relatives aux impacts de l'aménagement forestier. Toutefois, les résultats s'avèrent sensibles au paramétrage de la courbe et l'analyse de sensibilité a montré qu'il existait des risques de distorsion, voire d'obtention de résultats erronés. L'évaluation des scores d'impact de l'ACV résultant de l'application de trois scénarios sylvicoles distincts évalués concomitamment à l'application d'un gradient de la proportion du territoire forestier en protection stricte, apporte un éclairage sur le comportement du modèle utilisé pour l'évaluation de la qualité des écosystèmes en ACV si l'on tient compte de l'intensité de l'aménagement. Le modèle ACV multiplie deux paramètres aux effets opposés et non-linéaires : le PDF qui augmente avec l'intensité de l'aménagement, alors que la superficie requise pour produire 1m3 de bois diminue. Étant donné les risques associés à la présence d'effets non-linéaires non contrôlés, le modèle ACV peut fournir des résultats erratiques ne reflétant pas toujours l'effet sur l'aspect à protéger qui correspond ici à la qualité des écosystèmes. Conséquemment, dans l'état actuel des choses, le modèle ACV ne devrait pas être utilisé pour la prise de décision en matière d'utilisation des terres. De plus amples recherches relatives aux propriétés mathématiques des relations en cause sont nécessaires afin de vérifier la possibilité de contrôler ces effets de manière à assurer l'obtention de résultats reflétant la qualité des écosystèmes plutôt que celui de la superficie requise, déterminée par la productivité, et ainsi respecter la hiérarchisation des impacts associés à la qualité des écosystèmes évaluée à l'échelle d'un territoire et éviter des recommandations qui conduiraient à occasionner davantage de dommages. / An evaluation system based on the concept of naturalness, which measures the similarity against natural forests, has been developed to assess the impacts of forestry. This assessment system relies on naturalness indicators sensitive to recognized forest management issues, and uses measures from eco-forest maps, results from ecosystem modeling and historical data. The naturalness assessment model provides a unique index allowing to assess the combined effect of different forest management practices including protection, on the main characteristics of forest ecosystems. Initially developed for black spruce forests, then adapted for balsam fir forests, the naturalness assessment model performs bi-directional evaluations allowing the assessment not only of ecosystem degradation but also of its improvement with restoration or mitigation measures. Among potential applications of the naturalness assessment model, its usefulness has been demonstrated for comparing the impact at the landscape level of different silvicultural scenarios combinations. In the balsam fir forest, we examined the combined effect of irregular shelterwood cutting along with the rotation reduction form 70 to 50 years for the even-aged scenarios of careful logging and plantation. The naturalness assessment model can also be used to shed light on protection levels needed to limit biodiversity losses. In three forest management units of the black spruce forest, considering the current mix of silvicultural scenarios for wood production, the protection level should be doubled to attain 35% of the forest area, to limit species losses. Results indicate that it would be better for the environment to intensify forest management using indigenous species over a small proportion of the forest territory while insuring strict protection over the remaining portion, compared with an extensive forest management applied over most of the forested area. Life cycle analysis (LCA) development under the guidance of the United Nations Environment Program and Society of Environmental Toxicology and Chemistry (UNEP-SETAC), provides impact evaluation of products or services on ecosystem quality through impact of land use on biodiversity. In order to include naturalness results in LCA, a provisional curve relating naturalness index to potentially disappeared fraction of species (PDF) has been developed using species richness data from the PREDICTS database. The provisional curve application lead to LCA impact scores consistent with the PDF estimated from naturalness and the existing knowledge about the effects of forest management. However, the sensitivity analysis showed that results are sensitive to the curve parametrization and there are risks of distortion and even contradictory results. LCA impact scores related to the application of three different silvicultural scenarios each combined with a gradient of the proportion of forest area in strict protection shed a light on the LCA model behaviour when considering management intensity. The LCA model multiplies two parameters having opposite non-linear effects: the PDF, which is rising with the intensification of the management, while the area required to produce 1m3 of wood, is diminishing. Considering the risks related to the uncontrolled non-linear effects involved in the LCA model, this could lead to erratic results that do not reflect the effect on the safeguard subject corresponding here to the quality of ecosystems. Therefore, the LCA model should not be used for decision making related to land use decision. More research is required to investigate the mathematical relationships involved to verify if and how issues related to non-linear effects in LCA model could be properly addressed and insure that impact scores results reflect ecosystem quality instead of the area required for wood production, conserve the hierarchical structure of impacts and avoid recommendations that could produce more damage.

Le jumeau numérique est un concept relativement nouveau qui a reçu plusieurs contributions académiques ces dernières années. Un jumeau numérique reproduit une entité physique de façon à ce que l'état de cette entité soit identique en tout temps à l'état de l'entité numérique. L'objectif de cette maîtrise est de créer le prototype d'un jumeau numérique qui vise à assister des opérateurs de machineries forestières. Pour ce faire, une revue littérature a été réalisée pour documenter les contributions académiques dans les domaines principaux du jumeau numérique, de façon à montrer les caractéristiques que le jumeau numérique d'un système opérateur-machine forestier pourrait avoir. Cette revue a également permis de déterminer qu'il est nécessaire, de développer un algorithme pour traduire les mouvements de la machine en actions effectuées par l'opérateur dans le but de créer ce jumeau. À partir de ce constat, le prototype d'un jumeau numérique a été créé à l'aide d'un simulateur de machinerie lourde générique. Le prototype a permis la création d'une base de données afin d'alimenter l'algorithme proposé. L'étude rattachée à cet algorithme est centrée sur l'influence de l'ajout d'informations temporelles et de son impact sur la précision du modèle. Il en résulte qu'avec les données collectées, l'ajout du contexte temporel a soit, pas d'influence sur la précision du modèle, soit nui aux résultats lorsque l'environnement et la machine sont complètement caractérisés. À travers ces contributions, un concept de jumeau numérique a été créé et il pourra servir de base à de futures recherches sur l'assistance des opérateurs de machinerie lourde. Ce projet permet également de mettre en valeur un exemple de jumeau numérique appliqué à des problématiques rencontrées par des travailleurs spécialisés. Une telle application du concept du jumeau numérique n'est pas encore commune. / The concept of digital twin is a relatively new research topic that has received several academic contributions in recent years. A digital twin reproduces a physical entity in such a way that the state of this entity is identical at all times to the state of the digital entity. The objective of the master's project is to create the prototype of a digital twin in order to assist operators of forestry machinery. To this end, a literature review was written to document the academic contributions related to the main study areas of the digital twin, so as to show the characteristics that the digital twin of a forest operator-machine system could have. This review has also determined that it is necessary to develop an algorithm to transpose the movements of the machine into actions performed by the operator in order to advise the operator. Based on this, the prototype of a digital twin was created using a generic heavy machinery simulator. This allowed the creation of a database to feed the proposed algorithm. The study related to this algorithm is centered on the influence of the addition of temporal information and its impact on the accuracy of the model. It follows that with the collected data, the addition of the temporal context, by itself, has no influence on the precision of the model, or harms the performance when the environment and the machine are completely characterized. Through these contributions, a prototype of digital twins has been created and it can serve as a basis for future research on the assistance of heavy machinery operators. This project also highlights an example of a digital twin applied to problems encountered by specialized workers.

Thèse ou mémoire avec insertion d'articles / La récolte de bois est une activité très répandue au Québec et elle requiert une gestion durable. Pour cela, les gestionnaires se basent sur le principe de l'aménagement forestier écosystémique. Cette stratégie vise à imiter les perturbations naturelles afin de limiter l'impact sur l'habitat et sur la faune. Dans les forêts tempérées d'Amérique du Nord, les populations de salamandres de ruisseaux sont exposées aux retombées des opérations forestières. En particulier, le retrait du couvert forestier entraîne à long terme une augmentation de la température de l'air et de l'eau, qui peut laisser les organismes sujets à la dessiccation. Au-delà de la récolte du bois, l'implantation de routes et de chemins forestiers est nécessaire pour accéder au territoire et exporter la matière ligneuse récoltée. La compaction des sols au niveau de la voirie augmente le ruissellement et accentue la sédimentation dans les cours d'eau. La voirie est une menace directe à l'intégrité hydrologique des ruisseaux de tête qui sont des habitats essentiels aux salamandres de ruisseaux. Dans ce projet de maîtrise, nous nous sommes intéressés à l'impact des aménagements forestiers sur les populations de salamandres pourpres (*Gyrinophilus porphyriticus*), une espèce désignée vulnérable au Québec. Le projet comporte trois objectifs : (i) identifier les caractéristiques de l'habitat influençant la présence de la salamandre pourpre, (ii) quantifier l'effet des coupes en périphérie des sites d'étude sur les populations, et (iii) évaluer l'effet de la voirie (*i.e.*, chemins forestiers et ponceaux) sur la qualité des cours d'eau via l'impact sur les populations. Pour ce faire, le projet s'est appuyé sur des données de science citoyenne et des données de différents organismes obtenues par une méthode standardisée. À cela s'ajoutent des inventaires complémentaires qui ont été effectués à l'été 2022, réalisés par la méthode de recherche active et de collecte d'ADN environnemental dans les ruisseaux forestiers. Après un travail de combinaison et d'intégration des données de différentes natures et d'extraction de données géoréférencées, nous avons construit des modèles statistiques avec une approche bayésienne. En tenant compte de la détection imparfaite, nous avons estimé l'abondance des populations ou la probabilité de présence de la salamandre pourpre à trois différentes échelles. Nos résultats ont montré que seul le couvert forestier semble avoir un effet sur l'abondance d'individus. Notre étude ne suggère aucune preuve d'un impact des aménagements forestiers sur les populations de salamandres pourpres, à l'échelle de la province de Québec. Nous espérons que le projet offre de nouvelles perspectives permettant d'évaluer les mesures en place pour la protection de l'habitat de la salamandre pourpre et de formuler des recommandations d'amélioration de ces mesures si nécessaire. / Timber harvesting is a widespread activity in Quebec, necessitating sustainable management practices. Forest managers rely on the principles of ecosystem-based forest management. This strategy aims to mimic natural disturbances to minimize the effect of timber harvesting on habitats and on wildlife. Within the temperate forests of North America, stream salamander populations are exposed to the impacts of forestry operations. Specifically, the removal of forest cover leads to a long-term increase in air and soil temperature, which could expose organisms to desiccation. Beyond canopy loss, the establishment of roads and skidding trails is essential for accessing territories and transporting harvested materials. Soil compaction along roadways intensifies runoff and accentuates sedimentation in watercourses. Road infrastructures represent a direct threat to the hydrological integrity of headwater streams, which serve as essential habitats for stream salamanders. In this master's project, we focused on evaluating the impact of forest management on spring salamander (*Gyrinophilus porphyriticus*) populations, a species designated vulnerable in Quebec. The project consists of three objectives: (i) to identify habitat characteristics influencing the presence of spring salamanders, (ii) to quantify the effects of tree cutting in proximity of streams on spring salamander populations, (iii) to assess the impact of road infrastructures (*i.e.*, forest roads and culverts) on stream quality through its effect on spring salamander populations. To do so, the project integrated citizen science data and data from different organizations collected using a standardized method. Additionally, we conducted complementary surveys during the summer 2022, using the active search method and environmental DNA sampling. Following the combination and integration of diverse datasets and georeferenced data extraction, we built statistical models using a Bayesian approach. Considering imperfect detection, we estimated either population abundance or presence probability of the species at various spatial scales. Our results showed that forest cover was the only variable to influence the abundance of spring salamanders. We did not find any evidence of an effect of forest management on spring salamander populations. We hope that these results would facilitate the assessment of current measures aiming at protecting spring salamander habitat, and provide recommendations for improving these measures, if deemed necessary.

Un système basé sur le concept de naturalité, qui évalue la similarité par rapport à la forêt naturelle, a été élaboré dans le but d'évaluer les impacts de la foresterie. Ce système repose sur l'identification d'indicateurs de naturalité sensibles aux enjeux d'aménagement forestier reconnus et utilise des mesures disponibles à partir des cartes écoforestières, des études sur la modélisation des écosystèmes et des données historiques. Ce système fournit une valeur unique permettant de représenter l'effet conjugué de diverses pratiques, incluant la protection, sur les principales caractéristiques de l'écosystème forestier. D'abord développé pour la pessière, puis adapté pour la sapinière, ce système fonctionne de manière bidirectionnelle, permettant d'évaluer aussi bien la dégradation, que l'amélioration de la qualité des écosystèmes résultant d'objectifs de restauration et de mesures de mitigation. Ce système a été utilisé pour comparer l'impact sur la qualité des écosystèmes à l'échelle du paysage de divers scénarios sylvicoles considérés simultanément, comme dans la sapinière, où l'effet combiné de coupes progressives irrégulières et d'une réduction de la révolution de 70 à 50 ans pour les scénarios équiennes (coupe avec protection de la régénération et des sols et plantation) a été examiné. Son utilisation permet également d'éclairer la réflexion pour la détermination d'objectifs de protection aptes à limiter les pertes de biodiversité, tout en tenant compte de l'intensité de l'aménagement pour la production de bois. Ainsi, pour trois unités d'aménagement forestier de la pessière, considérant la combinaison de scénarios sylvicoles actuellement utilisés pour régénérer les forêts productives, le niveau de protection devrait être doublé et atteindre 35% de la superficie forestière afin de limiter d'éventuelles pertes d'espèces. Aussi, les résultats montrent qu'il serait plus avantageux au plan environnemental d'intensifier la production de bois d'espèces indigènes sur une petite proportion du territoire forestier tout en assurant une protection stricte sur la portion non productive, plutôt qu'un aménagement extensif sur la vaste majorité du territoire forestier. Dans le cadre du développement de l'analyse de cycle de vie (ACV) chapeauté par le Programme des Nations Unies pour l'environnement et la Société de toxicologie et de chimie de l'environnement (UNEP-SETAC), les impacts de produits ou services sur la qualité des écosystèmes sont évalués par le biais des impacts de l'utilisation des terres sur la biodiversité. Pour l'intégration à l'ACV, une courbe provisoire reliant l'indice de naturalité à la perte potentielle de biodiversité exprimée sur la base de la richesse en espèces provenant de la base de données PREDICTS est proposée. L'application de cette courbe a permis l'obtention de scores d'impact cohérents avec la proportion d'espèces disparues (PDF) estimée à partir de la naturalité et conformes aux connaissances relatives aux impacts de l'aménagement forestier. Toutefois, les résultats s'avèrent sensibles au paramétrage de la courbe et l'analyse de sensibilité a montré qu'il existait des risques de distorsion, voire d'obtention de résultats erronés. L'évaluation des scores d'impact de l'ACV résultant de l'application de trois scénarios sylvicoles distincts évalués concomitamment à l'application d'un gradient de la proportion du territoire forestier en protection stricte, apporte un éclairage sur le comportement du modèle utilisé pour l'évaluation de la qualité des écosystèmes en ACV si l'on tient compte de l'intensité de l'aménagement. Le modèle ACV multiplie deux paramètres aux effets opposés et non-linéaires : le PDF qui augmente avec l'intensité de l'aménagement, alors que la superficie requise pour produire 1m3 de bois diminue. Étant donné les risques associés à la présence d'effets non-linéaires non contrôlés, le modèle ACV peut fournir des résultats erratiques ne reflétant pas toujours l'effet sur l'aspect à protéger qui correspond ici à la qualité des écosystèmes. Conséquemment, dans l'état actuel des choses, le modèle ACV ne devrait pas être utilisé pour la prise de décision en matière d'utilisation des terres. De plus amples recherches relatives aux propriétés mathématiques des relations en cause sont nécessaires afin de vérifier la possibilité de contrôler ces effets de manière à assurer l'obtention de résultats reflétant la qualité des écosystèmes plutôt que celui de la superficie requise, déterminée par la productivité, et ainsi respecter la hiérarchisation des impacts associés à la qualité des écosystèmes évaluée à l'échelle d'un territoire et éviter des recommandations qui conduiraient à occasionner davantage de dommages. / An evaluation system based on the concept of naturalness, which measures the similarity against natural forests, has been developed to assess the impacts of forestry. This assessment system relies on naturalness indicators sensitive to recognized forest management issues, and uses measures from eco-forest maps, results from ecosystem modeling and historical data. The naturalness assessment model provides a unique index allowing to assess the combined effect of different forest management practices including protection, on the main characteristics of forest ecosystems. Initially developed for black spruce forests, then adapted for balsam fir forests, the naturalness assessment model performs bi-directional evaluations allowing the assessment not only of ecosystem degradation but also of its improvement with restoration or mitigation measures. Among potential applications of the naturalness assessment model, its usefulness has been demonstrated for comparing the impact at the landscape level of different silvicultural scenarios combinations. In the balsam fir forest, we examined the combined effect of irregular shelterwood cutting along with the rotation reduction form 70 to 50 years for the even-aged scenarios of careful logging and plantation. The naturalness assessment model can also be used to shed light on protection levels needed to limit biodiversity losses. In three forest management units of the black spruce forest, considering the current mix of silvicultural scenarios for wood production, the protection level should be doubled to attain 35% of the forest area, to limit species losses. Results indicate that it would be better for the environment to intensify forest management using indigenous species over a small proportion of the forest territory while insuring strict protection over the remaining portion, compared with an extensive forest management applied over most of the forested area. Life cycle analysis (LCA) development under the guidance of the United Nations Environment Program and Society of Environmental Toxicology and Chemistry (UNEP-SETAC), provides impact evaluation of products or services on ecosystem quality through impact of land use on biodiversity. In order to include naturalness results in LCA, a provisional curve relating naturalness index to potentially disappeared fraction of species (PDF) has been developed using species richness data from the PREDICTS database. The provisional curve application lead to LCA impact scores consistent with the PDF estimated from naturalness and the existing knowledge about the effects of forest management. However, the sensitivity analysis showed that results are sensitive to the curve parametrization and there are risks of distortion and even contradictory results. LCA impact scores related to the application of three different silvicultural scenarios each combined with a gradient of the proportion of forest area in strict protection shed a light on the LCA model behaviour when considering management intensity. The LCA model multiplies two parameters having opposite non-linear effects: the PDF, which is rising with the intensification of the management, while the area required to produce 1m3 of wood, is diminishing. Considering the risks related to the uncontrolled non-linear effects involved in the LCA model, this could lead to erratic results that do not reflect the effect on the safeguard subject corresponding here to the quality of ecosystems. Therefore, the LCA model should not be used for decision making related to land use decision. More research is required to investigate the mathematical relationships involved to verify if and how issues related to non-linear effects in LCA model could be properly addressed and insure that impact scores results reflect ecosystem quality instead of the area required for wood production, conserve the hierarchical structure of impacts and avoid recommendations that could produce more damage.

Le jumeau numérique est un concept relativement nouveau qui a reçu plusieurs contributions académiques ces dernières années. Un jumeau numérique reproduit une entité physique de façon à ce que l'état de cette entité soit identique en tout temps à l'état de l'entité numérique. L'objectif de cette maîtrise est de créer le prototype d'un jumeau numérique qui vise à assister des opérateurs de machineries forestières. Pour ce faire, une revue littérature a été réalisée pour documenter les contributions académiques dans les domaines principaux du jumeau numérique, de façon à montrer les caractéristiques que le jumeau numérique d'un système opérateur-machine forestier pourrait avoir. Cette revue a également permis de déterminer qu'il est nécessaire, de développer un algorithme pour traduire les mouvements de la machine en actions effectuées par l'opérateur dans le but de créer ce jumeau. À partir de ce constat, le prototype d'un jumeau numérique a été créé à l'aide d'un simulateur de machinerie lourde générique. Le prototype a permis la création d'une base de données afin d'alimenter l'algorithme proposé. L'étude rattachée à cet algorithme est centrée sur l'influence de l'ajout d'informations temporelles et de son impact sur la précision du modèle. Il en résulte qu'avec les données collectées, l'ajout du contexte temporel a soit, pas d'influence sur la précision du modèle, soit nui aux résultats lorsque l'environnement et la machine sont complètement caractérisés. À travers ces contributions, un concept de jumeau numérique a été créé et il pourra servir de base à de futures recherches sur l'assistance des opérateurs de machinerie lourde. Ce projet permet également de mettre en valeur un exemple de jumeau numérique appliqué à des problématiques rencontrées par des travailleurs spécialisés. Une telle application du concept du jumeau numérique n'est pas encore commune. / The concept of digital twin is a relatively new research topic that has received several academic contributions in recent years. A digital twin reproduces a physical entity in such a way that the state of this entity is identical at all times to the state of the digital entity. The objective of the master's project is to create the prototype of a digital twin in order to assist operators of forestry machinery. To this end, a literature review was written to document the academic contributions related to the main study areas of the digital twin, so as to show the characteristics that the digital twin of a forest operator-machine system could have. This review has also determined that it is necessary to develop an algorithm to transpose the movements of the machine into actions performed by the operator in order to advise the operator. Based on this, the prototype of a digital twin was created using a generic heavy machinery simulator. This allowed the creation of a database to feed the proposed algorithm. The study related to this algorithm is centered on the influence of the addition of temporal information and its impact on the accuracy of the model. It follows that with the collected data, the addition of the temporal context, by itself, has no influence on the precision of the model, or harms the performance when the environment and the machine are completely characterized. Through these contributions, a prototype of digital twins has been created and it can serve as a basis for future research on the assistance of heavy machinery operators. This project also highlights an example of a digital twin applied to problems encountered by specialized workers.

Il demeure peu de peuplements forestiers anciens en Finlande. Il ne tarde donc à comprendre le développement et le maintien de ces peuplements afin de les conserver, mais aussi de restaurer les forêts dégradées et d'établir des plans d'aménagement écosystémique. L'objectif général de cette étude était de documenter la dynamique de trouées de peuplements anciens dominés par Picea abies (L. Karst) au nord de la Finlande. L'étude se divise en deux volets. Un volet caractérise la dynamique de trouées de peuplements dominées par P. abies du nord de la Finlande sur trois aspects: (1) la taille et la fraction des trouées, (2) les arbres créateurs de trouées, et (3) la régénération des trouées. Le second volet porte sur une reconstruction historique de la dynamique des troués en établissant la distribution de création de trouées et en estimant l'ouverture annuel de la canopée. L'aire d'étude se situe dans le Parc National de Pallas-Yllas Tunturi (67°30-67°44' N, 24°00-24°55'E) au nord-est de la Finlande, où l'on retrouve des peuplements anciens de P. abies. Les trouées ont été recensées sur six transects de 400m. Des données concernant la taille, la portion ouverte, les arbres créateurs de trouées et la régénération ont été récoltées. Avec des échantillons d'arbres créateurs de trouées, nous avons daté les trouées et établi une rétrospective des perturbations des dernières 300 années en utilisant des analyses dendrochronologiques sur les patrons de croissances des cernes. La taille moyenne des trouées est plus grande que les études passées, supportant ainsi la faible densité et productivité de la location septentrionale de l'étude. La prédominance des vents sud-ouest a influencé la direction de chute des arbres créateurs de trouées. Bien que le recrutement se constitue principalement d'espèces tolérantes à l'ombre dans les trouées, leur petite taille suggère que la fermeture d'une trouée est lente. De plus, le recrutement ne semble pas influencé par les microsites engendrés par les arbres créateurs de trouées étant donné que la majorité des semis recensées dans les trouées sont établis sur des microsites non-perturbés. La distribution irrégulière des périodes de création de trouées et l'absence de pic distinct d'année créatrice de trouées confirment l'occurrence continue d'un régime de perturbation de trouées de petite envergure dont le temps de rotation est estimé à 250 années. Bien qu'aucune perturbation de grande échelle connue n'ait pris cours sur le territoire, les patrons de croissances de plusieurs P. abies ont enregistré de forte reprise de croissance. La plus importante période de reprise de croissance eut lieu de 1816-1826. Une perturbation intermédiaire est probablement tenue en cause. En conclusion, nos résultats démontrent que la dynamique de trouées est continue dans le temps malgré son asynchronisme et que la plupart des P. abies ressentent moins une reprise de croissance au cours de leur existence. Un aménagement forestier fait sur de longue rotation avec de multiples interventions est donc suggéré pour les peuplements dominés par P. abies; par contre la viabilité économique est peu probable. En termes d'écologie forestière, ce travail suggère que la dynamique de trouées est difficilement de mener des généralisations pour l'ensemble de la forêt boréale. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Dendrochronologie, Dynamique de trouées, Finlande, Forêt boréale, Picea abies, Reprise de croissance.