208 - Vulnérabilité, adaptation et résilience des écosystèmes canadiens aux changements globaux

À travers la lentille de la gouvernance adaptative, cette recherche vise à analyser comment les arrangements institutionnels formels et informels établis par des acteurs de différents niveaux de gouvernance déterminent les résultats de la cohabitation entre les activités agricoles et celles dédiées à la conservation dans un système socio-écologique donné. Pour ce faire, cette étude jette un regard approfondi sur la plaine inondable du Lac Saint-Pierre (LSP) au Québec, un site exceptionnel reconnu par l’UNESCO et la Convention RAMSAR pour son caractère unique. Au cours des dernières décennies, la plaine inondable du LSP a subi de nombreux changements, notamment par la conversion des cultures pérennes en cultures annuelles plus intensives. La pêche commerciale à la perchaude est pratiquée là-bas depuis le 19e siècle. Cette espèce a décliné au cours des dernières décennies au point où les autorités ont décidé d'introduire un moratoire en 2012. Depuis la mise en œuvre du moratoire, le gouvernement a intensifié le dialogue avec les intervenants afin de définir des mesures pour protéger et restaurer le LSP. Cette recherche vise à caractériser le système socio-écologique, la configuration de la polycentricité ainsi que le cadre institutionnel régissant l'utilisation agricole de la plaine inondable du LSP. Cette analyse institutionnelle souhaite identifier les éléments dans lesquels des améliorations sont nécessaires dans une perspective de gouvernance adaptative.

Le développement des processus participatifs dans le domaine de l'aménagement multiservice de la forêt permet de mieux prendre en compte les avis de parties prenantes multiples afin d’assurer une meilleure acceptabilité sociale du projet. Dans un contexte d’incertitude tel que celui des changements climatiques, une telle approche plus participative semble particulièrement appropriée puisqu’elle permet d’ajuster les choix de développement en fonction de la tolérance au risque des parties prenantes.Néanmoins, l’expérience dans ce type de démarche a montré les limites de certains processus collectifs et les difficultés que rencontrent les acteurs, aux visions parfois antagonistes, à s’accorder et à déterminer une solution satisfaisante pour l’ensemble du groupe. Dans ce contexte, nous souhaitons mettre en évidence les facteurs psycho-sociologiques qui influencent les parties prenantes, tant dans leurs décisions individuelles que collectives, et ce en nous appuyant sur la caractérisation des modèles mentaux et sur l'utilisation d'outils de simulation tels que les jeux sérieux.

À l’ère pré-coloniale, les Mi’gmaq de Gespeg appliquait une pression faible sur l’écosystème forestier gaspésien. Avec le développement de l’exploitation forestière, puis son industrialisation et sa mécanisation, l'écosystème forestier a été significativement transformé. Ces changements ont été causés en grande partie par les prélèvements de bois des différentes époques. Ce phénomène anthropique a mené entre autres à la transformation, à l’homogénéisation et au rajeunissement des peuplements forestiers. Pendant plus de deux siècles, l’utilisation de la forêt à une fin d’approvisionnement en matière ligneuse a fait négliger les autres services écosystémiques de la forêt gaspésienne. Suivant leur vision traditionnelle englobante et multiforme de la forêt, les Mi’gmaq de Gespeg mettent de l’avant un projet de gouvernance forestière novateur. Cette gouvernance participative et collaborative se veut un intégrateur des différents rôles de l’écosystème forestier tant au niveau environnemental, socioculturels qu’économique. D’un point de vue technico-légal, leur projet de forêt communautaire vise à créer une aire protégée de catégorie VI, soit qui permet une utilisation durable des ressources naturelles sur une portion de sa superficie. Ce modèle de gouvernance permet d’envisager une approche pour planifier et gérer le territoire, qui n’omet pas d’aspect du sytème socio-écologique de la région de Gaspé, permettant ainsi de mieux supporter la capacité d’adaptation de la forêt.

Dans les années 1980, le dépérissement de l’érable à sucre a perturbé la régénération et la croissance de la plupart des érablières dans l’est de l’Amérique du Nord. Bien que la santé des érablières se soit améliorée depuis, certaines ont continué à dépérir, en particulier sur les sites acides et pauvres en bases échangeables. Cette étude visait à déterminer les effets à court terme de l’application de cendres en érablières aménagées sur les propriétés chimiques du sol, la nutrition foliaire des semis et la croissance de l’érable à sucre au stade mature. Le dispositif expérimental comprend 15 peuplements répartis en Estrie et en Beauce sur lesquels deux traitements d’épandage opérationnel de cendres (témoin non amendé vs. 20 t ha-1) ont été appliqués à l’été 2015. Le pH, les bases échangeables, le P extractible, le C et N total des sols, les concentrations foliaires en macronutriments (N, P, K, Ca, Mg) des semis ainsi que la croissance des semis ont été mesurés 4 ans après l’application de cendres. Le traitement avec cendres a augmenté les concentrations en Ca et Mg extractibles dans l’horizon organique du sol ainsi que les concentrations en Ca dans les tissus foliaires des semis d’érable à sucre. La taille des semis de l’année ne différait pas entre les traitements. Nos résultats indiquent que l'amendement en cendres peut avoir un effet positif à court terme sur la fertilité du sol et la nutrition des semis d’érable à sucre.

Face à l’augmentation de l’intensité, de la fréquence et de la durée des épisodes de sécheresse, développer la compréhension de l’impact des sécheresses sur les forêts mixtes du sud du Québec est nécessaire pour permettre de développer des stratégies de réponse au stress hydrique. Ainsi, à travers mon doctorat, je cherche à comprendre les mécanismes de réponse de l’arbre à l’échelle du peuplement et de l’individu en contexte de stress hydrique. Pour cela, les 3 chapitres de mon doctorat viseront respectivement à : (1) développer une méthodologie applicable in situ visant à simuler l’impact physiologique d’une sècheresse sur l’arbre. Le principe se base sur une baisse de potentiel hydrique du sol par la soustraction directe de la sève brute à partir d’une entaille ; (2) à l’aide de la méthodologie précédemment développée, préciser comment les stratégies d’utilisations d’utilisation de l’eau varient en fonction du stade de développement et des espèces ; (3) d’évaluer comment la concurrence interindividuelle locale a affecté la réponse des arbres vis-à-vis de sécheresses passées.

Afin de prévoir la composition future des forêts et leurs réponses aux changements environnementaux majeurs, il est primordial de comprendre les stratégies de gestion des ressources, de survie et de reproduction des arbres à grande échelle. Chacune de ces stratégies peut être caractérisée par un ou plusieurs traits fonctionnels. Cette étude vise à mettre en relation cinq gradients environnementaux bioclimatiques (température, élévation, précipitations, sol et indices de compétition) et trois traits fonctionnels des arbres (densité du bois, masse des graines et teneur en matière sèche foliaire). Nous avons constitué une matrice mondiale d’abondance des espèces et de traits fonctionnels en combinant les valeurs de plusieurs bases de données internationales et régionales. Nous pensions que les variables bioclimatiques les plus influentes seraient les mêmes pour les trois traits fonctionnels étudiés, soit la température minimale, les précipitations dans le mois le plus sec, le pH et la teneur en matière organique des sols. Nos résultats confirment que la température minimale annuelle est la variable la plus influente pour les trois axes de stratégie. Les résultats des autres variables diffèrent selon les traits fonctionnels. Ces relations pourront être utilisées pour construire des modèles de prédiction des communautés forestières à grande échelle.

Dans les forêts tempérées de l’est de l’Amérique du Nord, l’aménagement inéquienne ou l’aménagement équienne peuvent avoir des effets directs sur le complexe sol-plantes-microbes. Cependant, peu d’information sont disponible sur l’effet des legs de la coupe forestière sur la dynamique temporelle du complexe sol-plantes-microbes. Afin de documenter cette dynamique temporelle, les paramètres du sol, de la litière, ainsi que de la composition et de l’abondance des plantes et des champignons ont été évalué dans des forêts non-aménagées et pour des forêts aménagées (équienne et inéquienne) le long d’une chronoséquence (< 5 ans, 15 ans, 30 ans). Au total, 189 parcelles ont été installées et mesurées (stratification aléatoire avec des traitements pairés). Pour cette présentation, nous aborderons des résultats des analyses physicochimiques et biologiques du sol, notamment des paramètres qui fluctuent grandement peu après la coupe (< 5 ans), ainsi que la dynamique temporelle de certains paramètres du sol (e.g. le pH, les cations (Ca2+, Mg2+, K+), l’azote minéralisable, le N, le C/N, l’Al3+) qui continuent d’être affectés à plus long terme (> 30 ans après coupe). Des parallèles seront présentés entre les legs des coupes forestières sur ces paramètres du sol et les plantes (diversité, abondance, productivité). Ensemble ces informations peuvent servir à améliorer la durabilité des écosystèmes forestiers soumis aux aménagements.

Les systèmes agroforestiers sont considérés comme étant une mesure d'adaptation efficace pour mitiger les impacts du stress hydrique causés par les changements climatiques sur les rendements des cultures. Les interactions souterraines et aériennes des systèmes agroforestiers intercalaires (SAI) en situation de diminution de la pluie n’ont pas encore été bien documentées pour les régions tempérées. L’objectif de cette recherche est de déterminer les impacts d’une réduction de la pluie, d’un SAI de 7 ans et de la taille des racines des arbres sur le rendement du soya. Nous posons deux hypothèses. En situation de diminution de la pluie : 1) les SAI stabilisent d’avantage les rendements du soya que les monocultures; 2) la taille des racines des arbres augmente la stabilité des rendements du soya à l’interface de la culture et de la rangée d’arbres. L’expérience est en parcelles divisées avec trois systèmes : monoculture de soya, SAI avec taille des racines (60 cm de profondeur sur 2,5 m), SAI sans taille des racines. Elle est répliquée dans quatre blocs. Les traitements en parcelles divisées sont l’exclusion de la pluie ou non, testés à trois distances dans les SAI (4,12 et 20 m) sur les deux côtés de la rangée d’arbres. L’exclusion de la pluie est effectuée à l’aide de gouttières installées de façon à couvrir 50 % de la surface du sol. Les résultats de cette recherche contribuent à améliorer notre compréhension des interactions arbres-cultures en situation de stress hydrique.

Les espèces exotiques peuvent affecter la diversité et le rendement des écosystèmes forestiers, en plus d’occasionner des coûts importants pour leur contrôle et leur éradication. Afin de mieux comprendre le phénomène d’envahissement des espèces exotiques en milieu forestier, nous avons étudié leur progression sur une période de 14 ans (2003-2017) dans 24 sites forestiers aménagés (ancien pâturage, acériculture, coupe partielle) représentatifs du paysage de la Vallée du Haut Saint-Laurent, une région hautement à risque d’envahissement due à la présence de multiples points d’introduction. Nous avons cherché à lier l’envahissement à des variables d’utilisation du territoire, de structure forestière et de composition fonctionnelle et spécifique du sous-bois. Nous avons observé une réduction d’occurrence des espèces exotiques intolérantes à l’ombre dans la majorité des sites, tandis que celle des espèces exotiques tolérantes à l’ombre a augmenté dans les jeunes forêts issues de friches agricoles (majoritairement dû à Rhamnus cathartica). L’occurrence de ces espèces est cependant demeurée stable dans les forêts matures sans perturbations majeures depuis plusieurs décennies. Nos résultats démontrent que seules les espèces exotiques tolérantes à l’ombre sont favorisées à la suite de perturbations majeures, et ils soulignent l’importance du maintien du couvert forestier pour la résistance aux envahissements futurs.

En réponse aux impacts engendrés par les changements climatiques sur nos villes, les urbanistes, les décideurs, les biologistes et d’autres gestionnaires tentent d’en réduire les conséquences. Les Infrastructures Naturelles (IN) fournissent une panoplie de Services Écosystémiques (SE) pouvant aider à augmenter la résilience des villes. Les corridors écologiques sont une forme importante d’IN qui se concentrent sur le maintien de la connectivité. Bien que plusieurs projets de ce type aient été proposés à ce jour, il n’existe que très peu de connaissances sur les éléments favorisant leur mise en œuvre. Montréal est le berceau de plusieurs corridors, ce qui en fait un excellent laboratoire. En s’inspirant des discours recueillis auprès de 25 acteurs du milieu, nous présenterons une ébauche de gouvernance optimale pour en favoriser le succès. Bien que nous soyons en mesure de faire ressortir certaines opportunités, la communauté d’acteurs est également exposée à de grandes menaces pouvant nuire à leur implantation. L'absence d'une vision commune entre les parties prenantes et d'indicateurs clairs permettant d'évaluer le succès des corridors écologiques urbains sont deux faiblesses évidentes. La transformation des objectifs au fur et à mesure de l'évolution des projets semble devenir une réalité et pourrait affecter la portée des SE.

Avec plus de la moitié de la population mondiale vivant en milieu urbain, l’urbanisation reste un défi global.  Particulièrement au Canada ou 82% de la population vit maintenant en milieu urbain – très loin des stéréotypes des « coupeurs de bois ».  La foresterie urbaine au Canada est dominée par trois thèmes distincts : le support superficiel au niveau du gouvernement provincial et fédéral, le dévouement de certains individus pour pousser la foresterie urbaine de l’avant, et finalement l’importance du rôle des catastrophes naturelles.  Dans le début du 20^e siècle une croissance dans le temps de loisir créa un système national de parcs nationaux par nécessité.  Ces parcs ont été augmentés par des plantations de rue sans beaucoup de planification, créant des zones de monocultures.  Malgré que la gestion des forêts urbaines au Canada se soit améliorée, il reste encore plusieurs défis : le manque d’approche stratégique aux niveaux provincial et fédéral, l’étalement et la densification des espaces urbanisés, le coût du maintien des infrastructures vertes, particulièrement en raison des changements climatiques et de la pollution atmosphérique. Les changements climatiques ont plusieurs effets négatifs sur la survie des arbres. Ceux-ci jouent également un rôle sur la répartition des espèces adaptées à nos conditions urbaines en plus d’augmenter la vulnérabilité de nos forêts urbaines aux espèces envahissantes et aux maladies.

Pour assurer la pérennité de la biodiversité et des services écosystémiques des paysages fragmentés, les plans de conservation actuels se concentrent de plus en plus sur la protection de réseaux d’habitats forestiers connectés. Des cartographies des habitats d’importance pour la connectivité écologique ont été réalisées aux échelles de l’île de Montréal, de la Communauté métropolitaine de Montréal, et de toutes les Basses-terres du Saint Laurent. Afin que ces résultats puissent être utilisés dans les stratégies de conservation, des analyses de priorisation sont nécessaires pour prioriser les écosystèmes forestiers en fonction de leur importance pour la connectivité écologique et leur contribution à la production des services écosystémiques tels que la lutte aux îlots de chaleur et la prévention des inondations. Ces priorisations permettent de mieux comprendre la contribution des écosystèmes dans la conservation de la biodiversité et d’autres services écosystémiques à plusieurs échelles de planification spatiale. De plus, le développement d’un outil d’aide à la décision permet d’opérationnaliser les stratégies de conservation en fonction de différents scénarios futurs (changements climatiques et occupation du sol).

En 2015, l’agglomération de Montréal a adopté son Plan d’adaptation aux changements climatiques 2015-2020. Plusieurs mesures d’adaptation en ont découlé et ciblent notamment la réduction des îlots de chaleur, la protection de la biodiversité et la gestion des eaux de ruissellement. De par leur capacité à rafraîchir significativement le microclimat local, les arbres constituent des infrastructures vertes de plus en plus utilisées dans la lutte aux îlots de chaleur. Afin d’accroître les services rendus par la nature aux citoyens en matière de santé et de qualité de vie, la Ville de Montréal s’est fixé l’ambitieux objectif de faire passer l’indice de canopée de 20 à 25% d’ici 2025 sur l’ensemble de son territoire. Dans un contexte urbain dense, où l’espace est rare et les conditions environnementales très contraignantes, trois initiatives visant l'adaptation aux changements climatiques ainsi que l'accroissement de la biodiversité à Montréal seront présentées : Le renforcement de la canopée, qui vise à augmenter la population d’arbres; le programme de déminéralisation, dont l’objectif est de créer de nouveaux emplacements et de fournir des conditions de croissance adéquates pour les arbres; et l’analyse de la diversité du patrimoine arboricole qui a pour but d’accroître la résilience de la forêt urbaine. Outre les facteurs biophysique, la réussite de ces initiatives est tributaire de multiples facteurs structurels, sociaux et liés à la gouvernance qui seront aussi abordés.

Les arbres et forêts en milieux urbains fournissent de multiples bénéfices aux communautés : de la lutte aux îlots de chaleur, en passant par le contrôle des eaux de ruissèlement et la séquestration de carbone. Pour penser une forêt urbaine en santé et qui maximise ces bénéfices, des facteurs sociaux, environnementaux et économiques doivent être considérés dans sa planification et sa gestion. En se basant sur les exemples des villes de Montréal et de Québec, la présentation vise à discuter de la mesure, de la modélisation et des arbitrages entre ces services écosystémiques, et des conditions qui peuvent favoriser leur intégration dans les pratiques de gestions des villes.

Le Québec a fait il y a longtemps le choix de l’hydroélectricité, une source d’énergie propre et renouvelable, afin d'assurer la qualité de vie des Québécois. Le Complexe de la Romaine (1550 MW - 8,0 TWh), sur la rivière du même nom, est le plus grand projet de développement hydroélectrique en construction à l’heure actuelle. Trois centrales hydroélectriques y sont déjà en opération et la mise en service de la 4e est prévue pour 2021. Nous présenterons les impacts du Complexe de la Romaine sur l’utilisation du territoire par les Innus d’Ekuanitshit, une communauté située à 200 km à l’est de Sept-Iles. Le mode de vie de cette communauté s’inscrit en continuité avec les pratiques d’occupation et d’utilisation ancestrales du territoire et la majorité de la communauté occupe toujours une partie importante du territoire traditionnel. Nous discuterons de la manière dont Hydro-Québec prend en compte l’utilisation du territoire par les Innus dans le cadre du projet du Complexe de la Romaine et de comment les Innus font face à cette nouvelle réalité. Tant les défis que les succès rencontrés par ces deux parties prenantes seront abordés. Nous débuterons la présentation par l’annonce du projet du Complexe de la Romaine à la communauté d’Ekuanitshit. Nous aborderons ensuite la réalisation de l’étude d’impact d’avant-projet, ainsi que la signature de l’entente sur les répercussions et avantages. Le suivi environnemental de l’utilisation du territoire en cours sera finalement présenté.

Les changements globaux provoquent de nombreuses modifications dans le fonctionnement des écosystèmes. Ainsi, pour diverses raisons, des espèces fauniques interagissent de façon négative avec les humains. C’est le cas de nombreux grands carnivores, qui ont un impact sur les humains ou leurs activités, et qui en retour sont persécutés. On a appelé ces interactions négatives des conflits humains-faune. Cependant, plusieurs études ont montré que la réduction des impacts a peu d’effet sur les positions des acteurs affectés, et que les conflits sont plutôt entre acteurs à propos de la gestion des espèces fauniques concernées. En utilisant le cas du jaguar dans une frontière agricole au Mexique, nous avons exploré les facteurs sous-jacents du conflit en lien avec cette espèce. Nous avons mis en évidence que les préoccupations reliées à la question de justice sociale sont considérées à l’origine des conflits en lien avec le jaguar dans cette région. Ainsi, l’expérience de perte de bétail influence très peu la perception du conflit qu’ont les éleveurs. Ils soulignent plutôt l'importance des relations humaines, comme la cohérence au sein du groupe auquel ils s’identifient ou la perception des entités responsables de la gestion du jaguar. Nous proposons que la gestion des conflits liés à la biodiversité tienne compte du sentiment d’injustice des acteurs et que des processus inclusifs soient mis en place afin de réconcilier des perspectives de justice parfois contradictoires.

Les mesures de conservation de la biodiversité sont largement variables et génèrent, chez les acteurs impliqués dans leur mise en œuvre ou affectés par celle-ci, différentes attitudes pouvant s’accorder ou s’opposer aux objectifs de conservation. En outre, il est maintenant reconnu que les efforts de conservation doivent être réalisés de plus en plus en terres privées, lesquelles sont fréquentées par bon nombre d’espèces à statut précaire. De ce fait, l’acceptabilité sociale des mesures de conservation de la faune chez les propriétaires fonciers dont les terres abritent des écosystèmes ou des espèces d’intérêt constitue un élément clé pour une mise en œuvre efficiente et réussie de ces mesures. Une revue de littérature systématique a été réalisée pour analyser précisément cette attitude chez les propriétaires fonciers, et leur perception par rapport à différentes mesures de conservation imposant différents niveaux de contraintes ou d’engagement de leur part. Cette présentation dévoilera les principaux résultats de cette revue systématique.

Les lacs nord-américains fournissent une multitude de services écosystémiques (SÉ) ayant une grande valeur culturelle, écologique et économique (p. ex. l’eau potable et les activités récréatives). L’importante pression anthropique sur les écosystèmes aquatiques met en péril  la prestation de ces SÉ. Nous développons présentement un cadre permettant d’évaluer la vulnérabilité des SÉ rendus par les lacs aux changements climatiques et à l’utilisation du territoire afin de prioriser les écosystèmes les plus à risque. Le développement de cet outil se base sur le concept de la modélisation prédictive par forêt aléatoire, une approche prédictive puissante. Nous avons développé et testé cet outil en utilisant une base de données contenant plus de 1000 lacs américains et nous avons évalué quelques SÉ rendus par ces lacs en utilisant les critères disponibles (p.ex pour l’eau potable). Le cadre d’évaluation que nous avons développé permet non seulement d’identifier les lacs qui sont les plus à risque de perdre un service donné avec les changements climatiques et selon l’utilisation du territoire, mais aussi d’identifier ceux avec le plus important potentiel de réhabilitation. En général, on observe que la vulnérabilité ainsi que le potentiel de réhabilitation d’un lac sont fortement liés à sa morphométrie et qu’en général les petits lacs sont plus vulnérables aux changements globaux. 

Afin de prévoir la composition future des forêts et leurs réponses aux changements environnementaux majeurs, il est primordial de comprendre les stratégies de gestion des ressources, de survie et de reproduction des arbres à grande échelle. Chacune de ces stratégies peut être caractérisée par un ou plusieurs traits fonctionnels. Cette étude vise à mettre en relation cinq gradients environnementaux bioclimatiques (température, élévation, précipitations, sol et indices de compétition) et trois traits fonctionnels des arbres (densité du bois, masse des graines et teneur en matière sèche foliaire). Nous avons constitué une matrice mondiale d’abondance des espèces et de traits fonctionnels en combinant les valeurs de plusieurs bases de données internationales et régionales. Nous pensions que les variables bioclimatiques les plus influentes seraient les mêmes pour les trois traits fonctionnels étudiés, soit la température minimale, les précipitations dans le mois le plus sec, le pH et la teneur en matière organique des sols. Nos résultats confirment que la température minimale annuelle est la variable la plus influente pour les trois axes de stratégie. Les résultats des autres variables diffèrent selon les traits fonctionnels. Ces relations pourront être utilisées pour construire des modèles de prédiction des communautés forestières à grande échelle.

En réponse aux impacts engendrés par les changements climatiques sur nos villes, les urbanistes, les décideurs, les biologistes et d’autres gestionnaires tentent d’en réduire les conséquences. Les Infrastructures Naturelles (IN) fournissent une panoplie de Services Écosystémiques (SE) pouvant aider à augmenter la résilience des villes. Les corridors écologiques sont une forme importante d’IN qui se concentrent sur le maintien de la connectivité. Bien que plusieurs projets de ce type aient été proposés à ce jour, il n’existe que très peu de connaissances sur les éléments favorisant leur mise en œuvre. Montréal est le berceau de plusieurs corridors, ce qui en fait un excellent laboratoire. En s’inspirant des discours recueillis auprès de 25 acteurs du milieu, nous présenterons une ébauche de gouvernance optimale pour en favoriser le succès. Bien que nous soyons en mesure de faire ressortir certaines opportunités, la communauté d’acteurs est également exposée à de grandes menaces pouvant nuire à leur implantation. L'absence d'une vision commune entre les parties prenantes et d'indicateurs clairs permettant d'évaluer le succès des corridors écologiques urbains sont deux faiblesses évidentes. La transformation des objectifs au fur et à mesure de l'évolution des projets semble devenir une réalité et pourrait affecter la portée des SE.

Les dérèglements climatiques actuels constituent une menace pour la biodiversité planétaire et les services écosystémiques qui lui sont liés. Lorsque les conditions climatiques varient de manière abrupte, comme observé en ce moment, les organismes vivants peuvent soit s’adapter à leurs nouvelles conditions de vie soit migrer vers un habitat plus favorable. Ce projet de doctorat vise à étudier les adaptions génomiques liées aux paramètres climatiques chez l'érable à sucre, une espèce largement distribuée dans l’est de l’Amérique du Nord. Sachant que l’histoire démographique d’une espèce peut laisser des signaux génétiques rendant difficile la détection de variations génétiques adaptatives, nous mènerons tout d'abord une étude phylogéographique de l’érable à sucre. Ensuite, nous utiliserons une approche de génomique du paysage afin d’étudier l’adaptation locale de populations d’érables à sucre au Québec. Ce projet constituera la première étude à grande échelle discutant des adaptations génétiques en réponse aux changements de conditions climatiques chez l’érable à sucre. Par ailleurs, comprendre les capacités adaptatives de l'érable à sucre face au dérèglement climatique pourrait être utile pour les décisions liées à la conservation de cette espèce économiquement importante. Cela permettrait de maximiser le potentiel adaptatif et la résilience des forêts d’érables face au changement climatique.

Avec les changements climatiques, une augmentation de la durée et de l’intensité des sécheresses est projetée à l’échelle globale. Ce projet de recherche a pour objectif d’évaluer l’exposition de la forêt tempérée de l’Outaouais aux conditions de stress hydrique pour la période actuelle et son évolution dans le contexte des changements climatiques futures. A partir d’intrants climatiques (observations et simulations climatiques régionales du MRCC5) à haute résolution temporelle (horaire), le modèle de surface CLASS (Canadian Land Surface Scheme) est utilisé afin de simuler la teneur en eau des sols en fonction de la pédologie et des caractéristiques de la végétation. Premièrement, nous présenterons la performance du modèle à deux sites en forêt tempérée (Duchesnay et Bartlett) où des données de teneur en eau du sol sont disponibles. Deuxièmement, nous avons effectué une analyse de sensibilité vis-à-vis les paramètres du modèle et la texture du sol est un des paramètres les plus sensibles, suivi de la profondeur d’enracinement, l’indice de surface foliaire et la résistance stomatique minimale. Finalement, nous quantifierons comment l’exposition au stress hydrique évoluera avec les changements climatiques pour une zone forestière de l’Outaouais.

Dans les années 1980, le dépérissement de l’érable à sucre a perturbé la régénération et la croissance de la plupart des érablières dans l’est de l’Amérique du Nord. Bien que la santé des érablières se soit améliorée depuis, certaines ont continué à dépérir, en particulier sur les sites acides et pauvres en bases échangeables. Cette étude visait à déterminer les effets à court terme de l’application de cendres en érablières aménagées sur les propriétés chimiques du sol, la nutrition foliaire des semis et la croissance de l’érable à sucre au stade mature. Le dispositif expérimental comprend 15 peuplements répartis en Estrie et en Beauce sur lesquels deux traitements d’épandage opérationnel de cendres (témoin non amendé vs. 20 t ha-1) ont été appliqués à l’été 2015. Le pH, les bases échangeables, le P extractible, le C et N total des sols, les concentrations foliaires en macronutriments (N, P, K, Ca, Mg) des semis ainsi que la croissance des semis ont été mesurés 4 ans après l’application de cendres. Le traitement avec cendres a augmenté les concentrations en Ca et Mg extractibles dans l’horizon organique du sol ainsi que les concentrations en Ca dans les tissus foliaires des semis d’érable à sucre. La taille des semis de l’année ne différait pas entre les traitements. Nos résultats indiquent que l'amendement en cendres peut avoir un effet positif à court terme sur la fertilité du sol et la nutrition des semis d’érable à sucre.

Les espèces exotiques peuvent affecter la diversité et le rendement des écosystèmes forestiers, en plus d’occasionner des coûts importants pour leur contrôle et leur éradication. Afin de mieux comprendre le phénomène d’envahissement des espèces exotiques en milieu forestier, nous avons étudié leur progression sur une période de 14 ans (2003-2017) dans 24 sites forestiers aménagés (ancien pâturage, acériculture, coupe partielle) représentatifs du paysage de la Vallée du Haut Saint-Laurent, une région hautement à risque d’envahissement due à la présence de multiples points d’introduction. Nous avons cherché à lier l’envahissement à des variables d’utilisation du territoire, de structure forestière et de composition fonctionnelle et spécifique du sous-bois. Nous avons observé une réduction d’occurrence des espèces exotiques intolérantes à l’ombre dans la majorité des sites, tandis que celle des espèces exotiques tolérantes à l’ombre a augmenté dans les jeunes forêts issues de friches agricoles (majoritairement dû à Rhamnus cathartica). L’occurrence de ces espèces est cependant demeurée stable dans les forêts matures sans perturbations majeures depuis plusieurs décennies. Nos résultats démontrent que seules les espèces exotiques tolérantes à l’ombre sont favorisées à la suite de perturbations majeures, et ils soulignent l’importance du maintien du couvert forestier pour la résistance aux envahissements futurs.

Face à l’augmentation de l’intensité, de la fréquence et de la durée des épisodes de sécheresse, développer la compréhension de l’impact des sécheresses sur les forêts mixtes du sud du Québec est nécessaire pour permettre de développer des stratégies de réponse au stress hydrique. Ainsi, à travers mon doctorat, je cherche à comprendre les mécanismes de réponse de l’arbre à l’échelle du peuplement et de l’individu en contexte de stress hydrique. Pour cela, les 3 chapitres de mon doctorat viseront respectivement à : (1) développer une méthodologie applicable in situ visant à simuler l’impact physiologique d’une sècheresse sur l’arbre. Le principe se base sur une baisse de potentiel hydrique du sol par la soustraction directe de la sève brute à partir d’une entaille ; (2) à l’aide de la méthodologie précédemment développée, préciser comment les stratégies d’utilisations d’utilisation de l’eau varient en fonction du stade de développement et des espèces ; (3) d’évaluer comment la concurrence interindividuelle locale a affecté la réponse des arbres vis-à-vis de sécheresses passées.

Les changements climatiques ont une influence directe sur l’augmentation, la fréquence et la durée des événements climatiques extrêmes. Suite aux perturbations dues aux changements climatiques, l’écosystème forestier peut être altéré ; il apparaît que le mode d’aménagement forestier pourrait influencer la résistance aux facteurs de stress à deux échelles (arbre et peuplement). L’objectif principal de cette étude est de comparer la résistance des peuplements aménagés en mode équienne et inéquienne face à l’accumulation des facteurs de stress environnementaux. L’indice de résistance sera estimé via la mortalité récente observée dans 44 peuplements d’environ 0.6 ha (18 équiennes, 18 inéquiennes et 8 non-aménagés). À partir d’une approche par LiDAR mobile terrestre, les variables collectées sont : la position X, Y par arbre, le diamètre à hauteur de poitrine, le statut de l’arbre (mort, vivant) et l’espèce forestière. À l’échelle de l’arbre et par régression logistique, nous déterminerons le rôle relatif du mode d’aménagement sur la probabilité de mortalité (Pm) récente des arbres par rapport à d’autres facteurs tels que la taille, l’espèce des tiges et la compétition environnante (indice calculé). Ensuite, on évaluera comment la Pm à l’échelle de l’arbre se répercute à l’échelle du peuplement. Même si le mode d’aménagement influence la probabilité de mortalité individuelle des arbres, on s’attend à ce que son influence soit minime une fois répercutée au niveau du peuplement.

Les communautés de plantes de sous-bois jouent un rôle fondamental dans divers processus écosystémiques tels que la régénération et la productivité forestière ainsi que le recyclage des nutriments, la présence de micro-habitats pour la faune, etc... À ce jour, les effets à moyen terme n'ont été que très peu mesurés. Or, il s'avère que le succès d’un traitement à court terme ne signifie pas nécessairement un succès à moyen-long terme, car de nombreux facteurs peuvent influencer le développement et la composition floristique de la strate herbacée. Parmi ces facteurs, je m'intéresse à l’ouverture du couvert, aux perturbations des horizons de surface et à la végétation concurrentes ainsi qu'à l'impact des événements climatiques extrêmes en lien direct avec les changements globaux. Les intéractions entre ces facteurs et l'effort sylvicole peuvent amener à modifier les résultats attendus mais aussi à compléxifier la capacité à prédire l'effet des traitements sur la régénération. Afin de rendre compte de l'impact de différents traitements sylvicoles sur la diversité des communautés de plantes de sous-bois, je vais utiliser une approche par traits fonctionnels qui va me permettre de procéder à plusieurs regroupements visant à évaluer la biodiversité notamment à partir du maintien ou de la perte de certaines fonctions et donc possiblement de certains services.

Les changements climatiques (CC) s'accélèrent et provoquent des anomalies climatiques. Ces évènements extrêmes ont déjà des conséquences négatives sur les forêts. Ainsi, l’augmentation des périodes de sécheresse en Amérique du Nord (AN) expliquerait le déclin du peuplier faux-tremble (Populus tremuloides) (PT). Dans l’Est du AN, un tel scénario n’est pas exclu. Dans ce contexte, il devient urgent d’évaluer la capacité d’adaptation des essences forestières pour guider l’aménagement forestier. Le PT, espèce écologique clé dont la répartition couvre différents régimes hydriques et différents gradients de températures, servira de modèle pour comprendre les bases génétiques de l’adaptation au climat. Le projet vise à décrire la composition génétique des PT de l’AN afin d'identifier les peuplements présentant un potentiel d'adaptation élevé aux CC projetés. À l’aide d’outils de génomique, je vais comparer la diversité génétique de 300 populations, identifier les variables climatiques qui ont façonné cette diversité et identifier les gènes impliqués. Ensuite, je réaliserai des expériences dans des conditions contrôlées pour un sous-ensemble de peuplements du Québec, de l’Utah et du Mexique afin d’évaluer leur capacité d’adaptation dans les conditions propres aux milieux échantillonnés. Ces résultats serviront à améliorer les modèles de prédiction de l'impact des CC sur la productivité des forêts.

En forêts mixtes, la gestion inéquienne maintiendrait mieux les habitats et legs écologiques pour la biodiversité que l’aménagement équienne. Cependant, il reste à savoir si la biodiversité dans les peuplements équiennes se rétablit suite aux interventions sylvicoles successives. Nous avons comparé les coléoptères, les collemboles (sol et litière) et les communautés microbiennes des sols dans (1) coupes partielles de 1995 (2) coupes partielles en deux récoltes en 1995-2015 (3) coupes totales de 2015 (4) coupes totales de 1995 (5) peuplements témoins matures non coupés en Haute Mauricie, Québec. Les collemboles et communautés microbiennes ont été échantillonnés en 2016 et les coléoptères en 2018. Les résultats préliminaires suggèrent des différences d’abondances et de composition entre les communautés de collemboles et de coléoptères des différents traitements. Les coléoptères et collemboles de la litière semblent plus abondants dans les témoins et les coupes de 1995 (partielles et totales) comparativement aux coupes récentes (totales et partielles) tandis que les collemboles des sols sont plus abondants dans les peuplements récemment perturbés. La composition de toutes les communautés étudiées varie entre les traitements avec des compositions généralement plus similaires entre les coupes partielles et les témoins que les coupes totales même 20 ans après coupes.

L’accroissement d’évènements climatiques extrêmes liés aux changements globaux inflige de lourdes perturbations de plus en plus perceptibles sur les écosystèmes forestiers. En effet, les forêts mondiales accuseraient déjà une forte mortalité liée à des évènements de sécheresse non habituels. Ces dernières décennies, les processus épigénétiques, comme source de variations phénotypiques en réponse à l’environnement ont suscité un intérêt grandissant. Parmi eux, la mémoire de stress environnementale (ou priming), a été mise en avant chez les plantes comme un analogue du système immunitaire chez les animaux. Cette mémoire fait référence à une empreinte environnementale utilisant comme support l’épigénome via des marques stables mais réversibles comme la méthylation de l’ADN. Sa mise en place suite à un premier stimulus amorceur permet lors d’une deuxième exposition de déclencher une réponse défensive plus rapide et plus robuste. Pour le moment, la mémoire de stress a fait l’objet de peu d’étude sur des espèces ligneuses Nous proposons donc au cours de ce doctorat, d’entreprendre une étude sur des espèces d’arbres de la forêt québécoise afin de déterminer les paramètres qui favorisent cette mémoire et son importance sur la tolérance des arbres à la sécheresse dans le but d’exploiter ce processus en gestion sylvicole.

Des épisodes de mortalité associés au stress hydrique ont été rapportés dans plusieurs biomes forestiers au cours des dernières décennies. La résilience des forêts est incertaine dans un contexte où la fréquence et la sévérité des sécheresses sont en hausse et exacerbent les épidémies d’insectes ravageurs. L’influence de l’historique des stress et de la disponibilité hydrique sur la vulnérabilité des arbres est à ce jour mal comprise. Notre étude vise donc à déterminer le rôle des stress biotiques (insectes), climatiques (sécheresses), du régime hydrique (xérique et mésique) et de leurs interactions sur la mortalité de l’épinette noire en forêt boréale. Nous supposons que (1) les arbres des stations xériques sont plus vulnérables aux stress climatiques, et que (2) la fréquence et l’intensité des stress causant les chutes de croissance prédisposent les arbres à la mortalité. Nous avons échantillonné 120 paires d’arbres morts et vivants dans deux types de régimes hydriques. La résilience de ces arbres aux stress est analysée par le biais de la dendrochronologie. Le travail sur l’épinette noire contribuera au développement des indicateurs de risque de mortalité en forêt boréale et à la mise en place de mesures d’atténuation dans un contexte de changements climatiques.

Les changements climatiques sont à l’origine d’une augmentation de la fréquence et de la sévérité des sécheresses. Celles-ci ont mené à un accroissement substantiel du taux de mortalité des arbres aux sein des écosystèmes forestiers. L’effet des différentes variables climatiques sur la mortalité des arbres à grande échelle est encore peu étudié. Une connaissance du changement de taux de mortalité est particulièrement importante pour la forêt boréale de l’est de l’Amérique du Nord, où les gradients climatiques spatio-temporels extensifs rendent sa réponse aux sécheresses incertaine. Afin d’éclaircir cette relation, les objectifs de l’étude sont 1) d’estimer les taux de mortalité historiques (1970-2014) des six essences les plus abondantes de la forêt boréale québécoise ainsi que 2) d’établir et quantifier la relation entre les taux de mortalité de ces espèces et plusieurs variables climatiques clés. Par le biais de données gouvernementales, les tendances temporelles des taux de mortalité sont évaluées et mises en relation avec divers indices climatiques. Les résultats préliminaires indiquent une augmentation temporelle des taux de mortalité cinq des six essences étudiées ainsi qu’une grande divergence inter-spécifique de l’effet du climat sur les taux de mortalité. Ces résultats suggèrent un fort impact de la sécheresse ayant eu lieu dans l’aire d’étude au début du millénaire et une modification du rôle de la forêt boréale dans le budget de carbone global.

Dans les zones urbaines, on observe une augmentation constante du volume des eaux de ruissellement, due à l'augmentation des surfaces imperméables. Ces eaux non traitées dégradent la qualité des cours d'eau récepteurs et font peser un risque supplémentaire sur les sources d’eau potable. Nos recherches s’intéressent aux cellules de biorétention (BRC), conçues pour être intégrées en milieu urbain. Elles sont capables de réduire les débits de pointe, le volume et la charge polluante des eaux de ruissellement, et d’augmenter l’infiltration. Notre hypothèse est que des végétaux aux traits fonctionnels particuliers peuvent améliorer la performance des BRC en conditions climatiques froides. Nos objectifs sont de tester l’effet de trois espèces indigènes, l’arbuste Cornus sericea, les herbacées vivaces Iris versicolor, Juncus effusus, et une graminée méditerranéenne Sesleria autumnalis, sur la performance des BRC, et d’évaluer l’impact des sels de déglaçage sur ces systèmes. Durant la période d'acclimatation (été 2018), les plantes ont présenté une croissance générale lente, avec des différences significatives entre les types d’espèces. Au cours de cette période, aucune différence n’a été notée sur la qualité de l’effluent quelle que soit l'espèce. Les analyses des végétaux, d’eau, et de substrat se poursuivent encore sur deux ans et nous apporterons de nouvelles connaissances sur la fonction des plantes dans les BRC.

Des mécanismes incitatifs sont de plus en plus utilisés pour encourager l'adoption volontaire de pratiques de conservation pour la fourniture de multiples services écosystémiques. Il demeure un défi d'encourager la participation des agriculteurs aux programmes. Mon projet s'intéresse aux caractéristiques institutionnelles des mécanismes incitatifs et à leurs effets sur la participation des agriculteurs en comparant les règles régissant deux initiatives au Québec, le programme Prime Vert (public) et l'initiative ALUS (privé). Pour analyser les caractéristiques institutionnelles, nous appliquons le cadre d’analyse et de développement institutionnels qui décrit la situation d'action, les conditions et les interactions institutionnelles résultantes d’une politique ou un programme. Cette analyse a été combinée à des données sur le taux de participation et à des entretiens exploratoires pour contextualiser les résultats. Il y a une faible adoption de programmes encourageant la fourniture de services écosystémiques dans les zones d'agriculture intensive qui pourrait s'expliquer par des conditions bureaucratiques rigides imposées par le programme public. Les deux programmes encouragent peu une participation active des agriculteurs à la conception, à la gestion et au suivi des programmes. Les interactions institutionnelles entre les deux programmes pourraient aussi compromettre l’additionnalité des pratiques de conservation et l’approvisionnement de services écosystémiques.