La coupe mosaïque est l’une des approches utilisées dans l’aménagement des forêts du Québec afin de diminuer l’impact des coupes à blanc et d’augmenter la rétention de forêts matures. Or, l’impact de cette méthode sur les dommages causés par le vent est méconnu. Cette étude cherche donc à définir l’effet du patron de dispersion des coupes et des variables du milieu sur l’incidence du chablis dans les lisières. Le territoire soumis à l’étude est situé environ à 150 kilomètres au nord du lac Saint-Jean (Québec, Canada) à l’intérieur du sous domaine de la pessière à mousse de l’est. Le chablis a donc été inventorié dans les lisières boisées d’un secteur de coupe conventionnel et dans un secteur en mosaïque, à l’aide de parcelles échantillons de 10 mètres par 50 mètres. L’inventaire de terrain a été appuyé par un inventaire cartographique afin d’évaluer le chablis à l’échelle du patron de coupe. Ainsi, la photo interprétation du chablis en bordure de coupe a été réalisée à partir de photographies aériennes 1 : 10 000. Suite aux analyses, les variables explicatives à l’échelle de la lisière sont l’espacement, la hauteur, le type de lisière, la composition forestière et le diamètre. Les données de la photo interpétation permettent ensuite d’estimer les pertes de volume associées à chaque patron de coupe. Sur une profondeur de 30 mètres dans les lisières, la coupe conventionnelle subit une perte supérieure de 10%. Les conséquences pour l’aménagement sont finalement discutées. / Mosaic cut is one of the patterns used in Québec forest management to reduce the impacts of clearcutting and to increase the retention of mature forest. However, the global effect of mosaic cut pattern on windthrow losses has yet to be gauged. The aim of this research is to define the impact of the dispersion cut pattern on winthrow losses and to identify the variables that have an incidence on winthrow within forest edges. The study area was 150 km north of lac Saint-Jean (Québec, Canada) in even aged black spruce forest. Windthrow was inventoried in edges of conventionnal cut and in edges of mosaic cut with experimental plots of 10 meters large and 50 meters long. A cartographic survey was also conducted. Thus, windthrow photo interpretation in edges was done using 1: 10 000 scaled photos. After the analyses, spacing, height, edge type, species composition and diameter turned out to explain significantly windthrow at the edge scale. Photo interpretation data allowed the estimation of windthrow losses for each cut pattern. Within 30 meters inside the edges, losses are 10% more important on the conventional cut pattern. Consequences for management are then discussed.

La conservation de la biodiversité est une des valeurs mises à l’avant-plan de l’aménagement forestier. Des traitements ayant comme objectif d’atténuer certains impacts négatifs de l’exploitation forestière sur la faune sont fréquemment réalisés afin de répondre à ces valeurs. J’ai étudié les effets d’éclaircies précommerciales (EPC), avec et sans mesures d’atténuation, sur les oiseaux chanteurs et les paramètres de végétation. Les mesures d’atténuation étaient essentiellement des réductions d’intensité des coupes. Un dispositif expérimental de type before-after-control-impact (BACI) a été mis sur pied par une équipe multidisciplinaire afin de répondre aux objectifs. Le dispositif comportait en moyenne 19 répétitions des traitements suivants : témoin, EPC régulière, EPC avec mesures d’atténuation faunique. Je n’ai trouvé aucune différence d’occurrence des différentes guildes d’oiseaux chanteurs en nidification entre les EPC avec mesures d’atténuation faunique et les EPC régulières. Les résultats suggèrent également que les EPC régulières pratiquées dans cette région ont un effet négligeable sur les guildes par rapport à des peuplements non éclaircis. Pour les paramètres de végétation, les travaux n’ont influencé significativement que l’obstruction visuelle latérale et le couvert forestier vertical de conifères. Cette étude ne remet pas en cause les conclusions d’études similaires pratiquées dans d’autres régions, mais indique que les EPC peuvent être pratiquées sans impact majeur sur les oiseaux forestiers de la région concernée. Mots clés : Éclaircie précommerciale, oiseaux chanteurs, dispositifs expérimentaux (BACI), mesures d’atténuation, biologie de la conservation, aménagement. / Biodiversity conservation is a key aspect of forest management. Silvicultural regimes that aim to mitigate some of the negative effects of logging on wildlife are often used to meet biodiversity conservation objectives. I studied the effects of wildlife mitigation measures for precommercial thinning (PCT) on songbirds and vegetation to check whether these measures have the desired effect. A before-after-control-impact (BACI) experimental design was established by a multidisciplinary team to assess the objectives. The design consisted of an average of 19 replicates for the following treatments: control, regular PCT, and wildlife-mitigated PCT. I found no difference in nesting songbird guilds between wildlife-mitigated PCT and regular PCT. The results also suggest that regular PCT had little or no effect on guilds, when compared to unthinned stands. The lack of an significant effect on birds likely arose from the weak effect of the treatments on vegetation, which affected only lateral visual obstruction and coniferous vertical forest cover. This study does not question the findings of similar studies performed in other regions, but indicates that PCT can be practiced without major impacts on forest songbirds in the region concerned with this study. Keywords : Precommercial thinning, songs birds, experimental design (BACI), mitigation, conservation biology, management.

Cette étude visait à évaluer le potentiel de différentes stratégies d'aménagement forestier à réduire les émissions de CO₂ vers l'atmosphère. Une étude de cas a été réalisée au Québec, à la Forêt Montmorency, une sapinière boréale de l'est du Canada. Différents scénarios avec des variations dans les volumes récoltés ainsi que dans l'utilisation de la coupe partielle et de la plantation ont été modélisés afin d'évaluer les flux de carbone de l'écosystème forestier et des produits du bois récoltés (système Forêt-Produits). Nos résultats ont montré qu'à court (10 à 20 ans) et moyen terme (20 à 50 ans), une réduction des niveaux de récolte permet d'augmenter de manière importante le puits de carbone en forêt. La coupe partielle et la plantation sont des pratiques permettant d'augmenter la séquestration de carbone en forêt et réduire les émissions de CO₂ vers l'atmosphère. À long terme (plus de 50 ans), les stratégies de conservation de la forêt entrainent une séquestration moindre en forêt en raison d'une productivité forestière moindre. Les importantes émissions de gaz à effet de serre (GES) associées aux produits du bois suggèrent qu'une réduction des niveaux de récolte est souhaitable bien que cela peut réduire la séquestration à long terme en forêt. Les analyses de sensibilité ont montré qu'améliorer l'efficacité des scieries doit être une priorité; augmenter la proportion de produits du bois à longue durée de vie peut fortement réduire les émissions de GES. Ces analyses ont aussi révélé que les distances de transport entre la forêt et les usines de transformation ont un impact marginal sur les émissions totales du système Forêt-Produits. Notre étude souligne que les caractéristiques actuelles de la forêt ont un impact important sur les résultats. La poursuite de ce projet sur des forêts matures et avec l'inclusion des perturbations naturelles pourrait augmenter l'applicabilité des résultats à la forêt boréale du Québec. Les étapes suivantes devraient aussi inclure une analyse financière des différentes actions testées afin de fournir des estimations de coût d'atténuation par tonne de CO₂ évitée.

Doctorat en philosophie et lettres / info:eu-repo/semantics/nonPublished

The accurate assessment of forest persistence under environmental change is dependent on the fundamental understanding of the genetic consequences of human intervention and its comparison to that of natural processes, as declines in genetic diversity and changes in its structuring can compromise the adaptive ability of a population. The European beech, Fagus sylvatica, has experienced prolonged human impact over its 14 million ha range with contemporary forests harbouring high ecological, economic, and cultural value. Historical traditional management practices, such as coppicing and pollarding, have impacted a large portion of Europe’s forests. This form of management encouraged vegetative regeneration, prolonging the longevity of individual trees. In several cases, the structure and function of managed trees and their associated ecosystems were significantly altered. Specifically, coppiced beech forests in Europe displayed significantly larger extents of spatial genetic structuring compared to their natural counterparts, revealing a change in the genetic composition of the population due to decades of management. Humans have also aided in the dispersal of beech within and outside of its natural range. In Great Britain, the putative native range retained signals of past colonisation dynamics. However, these signals were obscured by the wide-spread translocation of the species throughout the country. Evidence of post-glacial colonisation dynamics can be found in Sweden as well. In contrast to Britain, the structure of this natural leading range edge displays a gradual reduction in population size where isolation was found to have acted as an effective barrier to gene flow reducing the genetic diversity of populations.

Quantifier la totalité des apports atmosphériques, notamment particulaires, est nécessaire pour mieux comprendre les cycles biogéochimiques en vue d'une gestion durable des écosystèmes forestiers. En effet, l'intensification des récoltes de bois-énergie induit une pression nutritive supplémentaire sur les forêts. Le but de ce travail est de combler les lacunes concernant le dépôt atmosphérique particulaire (taux de dépôt, composition minéralogique et chimique), ainsi que d'étudier son influence sur les cycles biogéochimiques forestiers. Pour ce faire, un échantillonnage de 2 ans a été mis en place dans 4 hêtraies de la moitié Nord de la France. Un développement métrologique a été nécessaire pour concevoir les capteurs hors et sous canopée et pour séparer les particules de la phase dissoute puis compartimenter le dépôt particulaire en fonction du modèle conceptuel organo-minéral établi dans cette étude. Les résultats obtenus valident ce modèle et montrent (i) un taux de dépôt annuel de 19±3 kg.ha-1.an-1 de minéraux peu solubles témoignant d'origines diverses, (ii) des flux de nutriments inférieurs à ceux des dépôts dissous et de l'altération des minéraux du sol mais qui contribuent à améliorer la fertilité des forêts, (iii) un captage supplémentaire induit par la canopée et (iv) une dissolution des particules minérales lors de leur transport atmosphérique qui enrichit les précipitations en nutriments. Un échantillonnage optimisé sur le long terme est indispensable pour confirmer et préciser les tendances observées, en particulier concernant les épisodes de très fort dépôt particulaire et le dépôt sous la canopée / Quantifying the little-known inputs of atmospheric particulate deposition (APD) is critically important for a sustainable management of forest ecosystems. Indeed, harvesting and subsequent nutrient losses are going to increase so as to meet the demand in renewable energy, including fuel-wood. This work aims at filling this gap by (i) describing the deposition rate, mineralogical and chemical compositions of APD and (ii) evaluating the influence of APD nutrient inputs on forest biogeochemical cycles. To do so, 4 beech stands in North French forests were equipped for a 4-week sampling. After a metrological development, samplers out of and below canopy were used for a 2-year sampling, as well as methods to separate APD from atmospheric dissolved deposition. These methods were conceived to separate the organic and mineral fractions of APD according to the conceptual model designed in this work. My results validated this model and indicated (i) a quite constant deposition rate of 19±3 kg.ha-1.year-1 of hardly soluble minerals over the North of France, made of various minerals suggesting heterogeneous sources of particles, (ii) nutrient inputs inferior to those of atmospheric dissolved deposition and soil weathering, but improving ecosystem fertility, (iii) an interception effect of the canopy, and (iv) the dissolution of mineral particles in the atmosphere which enriched atmospheric dissolved deposition in nutrients. Extending and optimizing the sampling would allow confirming and clarifying these results, especially concerning high atmospheric load periods and APD below canopy

Un modèle de dynamique forestière, considéré comme un outil d'aide à l'aménagement forestier, peut reposer sur différents niveaux de description du peuplement : arbre, distribution ou peuplement. Une approche est recherchée pour construire un modèle à un niveau de description intermédiaire entre l'arbre et le peuplement, en s'appuyant sur les données du dispositif sylvicole de Paracou en Guyane française. Dans un premier temps la possibilité de construire un modèle de trouées est évaluée sous deux angles : d'une part en regardant si la variable d'interaction des modèles de trouées permet d'expliquer les accroissements observés à Paracou, d'autre part en testant si le peuplement peut être découpé en placettes indépendantes. Dans les deux cas les résultats n'encouragent pas à la construction d'un modèle de trouées. Néanmoins un modèle arbre dépendant des distances, qui ne tient compte que de la compétition pour la lumière est obtenu ; ce modèle permet de reproduire les distributions diamétriques et en hauteur ainsi que la répartition spatiale à grande échelle (< 10 m) observées à Paracou. Dans un deuxième temps des méthodes pour changer de niveau de description sont établies, en suivant deux approches : la première est une approche méthodologique permettant de transposer les équations d'un modèle arbre en un modèle de distribution en utilisant des techniques issues de la physique (théorème de Liouville, approximation du champs moyen, méthode des moments). Cette methodologie est appliquée au modèle arbre construit dans la première partie. Il en ressort que l'espace joue dans ce modèle un rôle qui ne peut etre négligé. Dans une deuxième approche un modèle qui mélange le niveau individuel et le niveau distribution est construit, la transition de la composante distribution à la composante individuelle s'effectuant au diamètre de 40 cm. Ce modèle met en évidence la variabilité stochastique liée à la démographie des arbres de grande taille.

Les écosystèmes produisent de nombreux biens et services contribuant au bien-être des sociétés. Cependant, l'utilisation intensive des ressources naturelles a compromis le fonctionnement de certains de ces écosystèmes ainsi que les services qu'ils rendent. La dégradation de certains services tels que le climat et la biodiversité a entraîné une prise de conscience de leur rôle dans fonctionnement des sociétés ainsi qu'une croissance de la valeur qui leur est accordée.Pour contrecarrer la dégradation des services rendus par les écosystèmes, des mécanismes de rémunération de leur production ont été mis en place tels que le marché européen du carbone ou les obligations de compensation lorsque des ouvrages ou infrastructures dégradent la biodiversité. Toutefois, lorsque les mécanismes mis en oeuvre ne concernent qu'un seul service, ils peuvent avoir des effets, positifs ou négatifs, sur la fourniture d'autres services produits conjointement. Afin d'éviter les effets indésirables, tels que la destruction d'un service pour en produire un autre, ou des inefficacités comme le double-paiement d'une même activité, il est nécessaire de mieux connaître les relations entre les productions des écosystèmes. Par cette thèse, nous contribuons à l'identification de ces relations entre produits et services en développant une approche par la simulation de la production jointe de bois et de non-bois en forêt.

En contexte tempéré, les études sur l'instabilité spatio-temporelle de la sensibilité des essences forestières au climat sont rares et souvent conduites à des échelles locales et régionales ; de telles approches ne permettant pas d'obtenir une vision globale de la réponse à l'environnement et à ses variations. La fusion de jeux de données dendrochronologiques (plus de 4500 arbres carottés) a permis d'analyser le comportement de croissance de sept essences européennes tempérées majeures (Quercus petraea, Fagus sylvatica, Abies alba, Picea abies, Pinus sylvestris, Pinus nigra, Pinus uncinata) dans des contextes climatiques variés (océanique à subalpin) et sur l'ensemble du 20ème siècle. Ce travail a également permis de préciser dans quelles mesures les conditions écologiques locales modulaient cette sensibilité au climat. Les relations cerne-climat ont été évaluées par le calcul de fonctions de corrélation. Quelque soit l'essence et le contexte écologique, la sécheresse estivale est le principal facteur limitant la croissance radiale (mais non l'unique), suivie par la sécheresse de l'automne précédent et enfin le froid hivernal. La variabilité spatiale de la réponse dépend plus fortement de la pluviométrie que des températures, une pluviométrie faible conduisant à une sensibilité plus forte au froid hivernal et aux sécheresses estivale et automnale. Ce comportement général est modulé par les conditions écologiques locales, avec une sensibilité à la sécheresse moindre sur sol profond. Les différences interspécifiques s'expriment principalement hors saison de végétation (novembre à mars), même si les corrélations sont rarement significatives. La croissance des résineux est généralement stimulée par des fins d'hiver chauds (février à avril), alors que celle des feuillus est corrélée négativement aux températures et positivement aux précipitations en décembre et janvier. Ces différences entre essences s'avèrent plutôt stables le long des gradients climatiques. Enfin, l'analyse temporelle révèle de fortes instabilités des relations cerne-climat au cours du siècle dernier. Le sens et l'ampleur de ces variations sont homogènes le long des gradients écologiques, mais en revanche peu synchrones avec les instabilités climatiques (automne, hiver, printemps) ou écophysiologiquement peu logiques (été). Cette faible cohérence entre tendances climatiques et instabilité de la sensibilité au climat pourrait s'expliquer par l'absence d'une contrainte climatique de croissance unique en contexte tempéré, où la largeur de cerne est sous le double contrôle du froid hivernal et du stress hydrique estival (et automnal). Elle pourrait également provenir de phénomènes non climatiques, tels que l'effet biologique lié au vieillissement ou l'évolution progressive des pratiques de gestion forestière. Les analyses des variations spatio-temporelles de sensibilité au climat questionnent également sur la précision des relations cerne-climat, estimée le plus souvent au travers du calcul des fonctions de corrélation. En effet, les comparaisons inter-région, inter-site et inter-période des réponses révèlent souvent des variations de corrélations dont les grandeurs pourraient être de l'ordre de la précision liée à l'échantillon considéré. Nous proposons ici de quantifier l'effet de la taille (nombre d'arbres carottés) et des caractéristiques de l'échantillon (nombre de placettes, nombre d'arbres par placette, statuts sociaux couverts) sur la qualité de l'estimation du signal environnemental contenu dans la chronologie moyenne et des fonctions de corrélation. Cette analyse a permis également de préciser dans quelles mesures les différences (1) de traits fonctionnels entre espèces et (2) de contextes climatiques (plus ou moins limitants) modulent cet effet " échantillon ". [...] Suite et fin du résumé dans la thèse.

La diversité végétale exceptionnelle des forêts tropicales a toujours suscité une part d’incompréhension chez les scientifiques qui tentent de comprendre les processus à l’origine de cette diversité, ainsi que les mécanismes expliquant les changements spatiaux de composition spécifique. Une des clés de ce dernier mystère résiderait dans l’influence de la différentiation des niches écologiques, mais aussi de la dispersion limitée des graines et d’événements stochastiques (purement aléatoires et non prévisibles). La niche d’une espèce contraint celle-ci à s’établir dans un habitat présentant des gammes de conditions bien délimitées en termes de propriétés du sol (disponibilité en nutriments et toxicité de certains éléments) et d’intensité lumineuse. Par exemple, certaines espèces sont plus tolérantes à l’ombrage (espèces « sciaphiles ») que d’autres qui ne peuvent s’établir que dans des trouées forestières offrant suffisamment de lumière (espèces « héliophiles »). En Afrique centrale, les communautés d’arbres sont aujourd’hui en grande partie composées de ces espèces dites « héliophiles », alors que les ouvertures forestières naturelles sont rares. Il est fortement suspecté que la dominance de ces espèces soient la conséquence de trouées générées par l’homme qui, jusqu’au début de la période coloniale (vers 1900), occupait de vastes surfaces de forêt où il pratiquait l’agriculture sur brûlis. Cependant, peu d’études ont jusqu’à présent déterminé dans quelle mesure ces pratiques agricoles ont influencé la composition spécifique des forêts à l’échelle régionale comme à l’échelle locale.<p>L’objectif du présent travail est de faire la lumière sur l’impact de ces perturbations humaines mais aussi plus généralement sur l’influence relative de la niche écologique des espèces d’arbres par rapport à d’autres facteurs (dispersion limitée et facteurs stochastiques) sur leur distribution spatiale. Pour cela nous avons utilisé des données botaniques et environnementales provenant d’inventaires réalisés dans une forêt tropicale située en République Démocratique du Congo (quatre transects parallèles mesurant chacun 500 à 600 m de long), ainsi que des données similaires complémentées d’inventaires anthracologiques (estimation de la quantité de charbons de bois dans le sol, utilisée comme indicateur de feux passés d’origine anthropique) récoltées dans trois régions du sud du Cameroun (208 parcelles de 0,2 ha chacune). <p>Les données récoltées nous ont permis de mettre en évidence un impact significatif des propriétés physico-chimiques du sol sur la composition en espèces d’arbres. Plus précisément, nous avons pu constater une différence floristique marquée entre deux habitats très contrastés (sol sableux vs. sol argileux, Rép. Dém. Du Congo), et cela à une échelle spatiale locale (< 1 km²) où l’on pensait que de l’influence des facteurs stochastiques et de dispersion limitée étaient prépondérante. Mes analyses ont également démontré que cette différence était plus marquée pour les arbres de la canopée que pour les arbres des strates inférieures (« sous-canopée »), ce qui est sans doute lié au fait que de nombreux individus de la sous-canopée sont composés de juvéniles régénérant la canopée, parmi lesquels de nombreux arbres subissent une exclusion compétitive en cours (brouillant ainsi les signaux d’association espèce-habitat). <p>À une échelle spatiale beaucoup plus large cette fois (de 5 à 100 km, inventaires du Sud Cameroun), nous avons démontré que la diversité floristique était également influencée de manière significative par l’hétérogénéité spatiale de propriétés abiotiques du sol, notamment par les concentrations en (i) certains nutriments essentiels pouvant présenter des valeurs potentiellement limitantes (K, Mg, Ca et P) ainsi qu’en en (ii) élements pouvant être présents en quantités toxiques (Al et Mn). Cependant, alors que le signal environmental a été clairement détecté à l’échelle communautaire, seule les abondances d’une minorité d’espèces (< 15%) ont répondu significativement à la variation des conditions de sol. En outre, le nombre de réponses significatives a augmenté avec l’échelle d’observation ainsi qu’avec le degré d’hétérogénéité environnementale et/ou floristique. Pour mettre en évidence cet effet du sol, nous avons introduit une nouvelle approche permettant de tester la fraction d’une analyse de partition de variance correspondant à la part de variation floristique expliquée par l’effet de conditions édaphiques spatialement structurées (co-variation entre effets spatiaux et édaphiques), en combinant l’analyse de partition de variance avec des vecteurs propres de Moran (« Moran’s eigenvector maps ») et des translations toroïdales. Bien que cette méthode nous ait permis de déterminer si la fraction en question était significative, nous avons également mis en doute son interprétation habituelle suggérant que cette fraction représente une structure floristique directement induite par des structures spatiales de conditions de sol. Grâce à des simulations de populations végétales liées à des propriétés environnementales, nous avons mis en évidence que la valeur de la fraction étudiée ne semble finalement pas influencée par le degré de structuration spatiale des conditions environnementales, remettant donc en question l’utilité de l’analyse de partition de variance pour inférer des effets de processus écologiques sous-jacents sur la distribution spatiale des espèces d’arbres.<p>Enfin, les données floristiques et anthracologiques du Sud Cameroun ne nous ont pas permis de démontrer statistiquement l’hypothèse que les perturbations humaines passées sont en partie responsables de la dominance actuelle des espèces héliophiles. L’absence de corrélation significative entre l’abondance relative de ces espèces et la quantité de charbons de bois dans le sol peut s’expliquer par le fait que la majorité de ces charbons (60%) étaient trop vieux (1500 à 3000 ans) pour refléter des perturbations ayant influencé la diversité végétale présente. <p>Les conclusions générales de ma thèse de doctorat soutiennent que la niche écologique des espèces d’arbres des forêts tropicales africaines contribue de manière significative à déterminer leur assemblage dans l’espace, mais aussi que ces effets de niche dépendent fortement du contexte environnemental étudié ainsi que de l’échelle spatiale d’observation. Ce travail lève donc en partie un voile sur l’écologie des écosystèmes forestiers d’Afrique centrale qui restent largement méconnus par rapport à ceux d’Asie du Sud-Est et des régions néotropicales.<p> / Doctorat en sciences, Spécialisation biologie végétale / info:eu-repo/semantics/nonPublished