632 - Les érablières dans un environnement en mutation

Les érables croissent chaque année en formant des cernes. Cette croissance radiale est un indicateur de la santé de l'arbre, un déterminant de la séquestration de carbone et pour une entaillage durable. Bien que tout le monde ait déjà vu des cernes de croissance, ce qui détermine exactement la largeur des cernes chez les érables reste largement inconnu. Nous avons compilé une base de données des cernes radiaux de l'érable rouge (n = 41 773) et de l'érable à sucre (n = 558 852) du Kentucky au Saguenay et du Minnesota jusqu'au Nouveau-Brunswick, datant de 1686 à 2020. Avec ces données nous avons étudié comment la croissance des érables varie en fonction des caractéristiques de l'arbre et d'autres facteurs.

Nos analyses montrent que les érables ont une croissance stable tout au long de leur vie, ce qui signifie qu'ils absorbent exponentiellement plus de carbone en vieillissant. Bien que la croissance reste plutôt stable tout au long de leur vie, elle peut varier énormément entre des arbres individuels. Toutefois, la croissance des érables est restée relativement stable au cours des 100 dernières années avec des déclins dans les années 80 et 90. En résumé, nos résultats indiquent que les érables à sucre et rouges sont des espèces résilientes, mais leur résilience pourraient masquer des déclins de vigueur et de santé dans le futur et justifient de la prudence étant donné que nous ne sommes pas encore capables d'expliquer la grande variabilité de la croissance de ces espèces.

La distribution de l’érable pourrait être affectée par le réchauffement climatique, avec des contractions importantes attendues à la limite méridionale, qui pourraient être partiellement compensées par des expansions vers le nord. Nous avons analysé les facteurs environnementaux qui expliquent la présence de l'érable à sucre et de l’érable rouge afin d’estimer les changements potentiels de l'habitat en milieu nordique. Nous avons quantifié les conditions locales des érablières et évalué les changements potentiels en fonction de scénarios de réchauffement. Nous avons identifié les facteurs expliquant la présence des érablières par rapport à d'autres peuplements forestiers et aux cultures en Outaouais et au Saguenay-Lac-Saint-Jean, et estimé le changement dans l'habitat en fonction de scénarios de réchauffement jusqu'à 2°C. L’état actuelle montre une plus faible densité d’érable dans le nord (7,76 %) que dans le sud (33,01 %). Suite à un réchauffement, notre modèle suggère une augmentation de la densité des érablières de 3,54 et 1,45%, respectivement au nord et au sud avec les augmentations les plus importantes lors du réchauffement initial (+1,0°C). Nous concluons que l'érable à la limite nordique pourraient bénéficier du réchauffement local si les précipitations ne deviennent pas limitantes et dans les sites avec des conditions édaphiques favorables. Ces changements pourraient créer des nouvelles opportunités pour l'industrie forestière et acéricole en milieu nordique.

Au cours des 40 dernières années, la production acéricole au Québec a connu un essor considérable; le nombre d’entailles en production a plus que triplé, pour atteindre 48,3 millions en 2021. La production de sirop d’érable varie toutefois considérablement d’une année à l’autre, puisque les conditions climatiques influencent le rendement à l’entaille, qui peut varier du simple au double selon les années. Considérant la sensibilité de la production acéricole au climat, il importe d’évaluer les répercussions possibles des changements climatiques sur cette activité économique. Pour ce faire, nous avons réalisé une série d’études pour examiner les liens entre le climat et les statistiques annuelles et hebdomadaires de rendement à l’entaille pour les régions du Québec et les États américains. À partir de ces relations, nous avons estimé les rendements futurs selon différents scénarios de changements climatiques. Nos analyses révèlent que les meilleures conditions climatiques pour la production acéricole sont celles qui favorisent la photosynthèse l’été précédent, un hiver froid, un dégel hâtif et des températures fraîches qui perdurent au printemps. En fonction des scénarios de changements climatiques, on anticipe que le rendement à l’entaille changera peu dans le futur, mais que le début et la fin de la saison de coulée seront devancés de 2 à 3 semaines. La position concurrentielle du Québec ne semble pas menacée et pourrait même s’améliorer.

Dans les écosystèmes tempérés et boréaux, les arbres s’alternent entre les phases de croissance et de dormance afin d'éviter les températures froides pendant la saison défavorable. Ce cycle inclut des changements dans la résistance au froid, qui est minimale pendant la saison de croissance et atteint son maximum pendant la dormance.

Dans cette étude, nous avons mesuré la résistance au froid de semis d’érable à sucre issus de 7 provenances commerciales du Québec et du Nouveau-Brunswick. Les semis ont été plantés dans deux sites : Chicoutimi au nord et Ripon au sud. On a effectué les mesures de résistance au froid chaque mois à partir de septembre 2021 jusqu’à juillet 2022.

Les résultats montrent peu de différence entre les deux sites dans la dynamique automnale et hivernale de résistance au froid. Par contre, pendant le printemps les échantillons dans le site plus méridionale (Ripon) ont perdu leur résistance au froid plus rapidement par rapport au site nordique (Chicoutimi). Ce dernier résultat indique l’influence des températures printanières, plus chaudes au sud, qui entrainent une désacclimatation plus précoce.

Au niveau des provenances, on a remarqué peu des différences dans les dynamiques de résistance au froid. En particulier, les provenances ont atteint des valeurs maximales de résistance au froid similaires, ce qui indique peu de différence inter-provenance dans la probabilité de survie aux froids hivernaux.

L’accès d’une plante à la lumière constitue un facteur essentiel pour sa survie. En effet, l’exploitation de celle-ci lui permet de synthétiser l’énergie nécessaire pour subvenir à ses besoins. L’exploration de l’espace environnant disponible permet aux plantes de maximiser cet accès. L’exploration dans l’espace représente un coût énergétique important car les plantes doivent allouer des ressources dans l’élaboration et dans la maintenance de leurs nouvelles structures. Au cours de leur vie, les plantes et en particulier les arbres sont confrontés à ce compromis entre allouer des ressources dans l’exploration de l’espace ou dans l’exploitation de la lumière disponible.
Mon travail de recherche tend à caractériser la croissance primaire et secondaire des érables à sucre avec cette vision fonctionnelle axée sur la lumière et cela selon deux échelles temporelles. La première échelle s’étend sur une année et se base sur les différents événements phénologiques influençant la croissance des érables à sucre. La seconde échelle temporelle s’étend sur la vie entière de cette espèce au travers de changements ontogéniques. Je cherche à brosser un portrait annuel de croissance pour chacun des stades ontogéniques étudiés pour déterminer les différences majeures de croissances entre ces stades. Mon but est d’établir dans quelles mesures les différences phénologiques observées entre les stades ontogéniques influencent la dynamique de croissance primaire et secondaire de l’érable à sucre.

L’expansion du hêtre à grandes feuilles (Fagus grandifolia Ehrh.) au détriment de l’érable à sucre (Acer saccharum Marsh.) est observée dans les forêts mixtes du Québec depuis les années 1970. En nous intéressant plus spécifiquement à des périodes de déficit de précipitations responsables de sécheresses-flash, nous nous sommes demandés quelles étaient les différences entre une érablière à bouleau, une érablière à hêtre et une sapinière à érable face à ce type de stress, courts mais répétés.

Dans le cadre du projet, deux mesures du potentiel hydrique du sol, réalisées par deux sondes indépendantes, ont été collectées toutes les 15 minutes entre 2017 et 2020, de mai à octobre, dans 32 parcelles caractéristiques des peuplements décrits ci-dessus. Nous avons exploité ces données massives en combinant des approches reposant sur l’étude de séries temporelles et en tenant compte des trois peuplements d’intérêt. La présence du hêtre semble favoriser un refroidissement du sol et être accompagnée par une réponse mieux tamponnée du potentiel hydrique du sol en comparaison aux autres peuplements. Ce micro-environnement du sol pourrait être le résultat d’une régulation induite par la canopée dense des hêtres qui s’avère possiblement favorable pour le hêtre lui-même dans un contexte de changement de climat, alors que la disponibilité de l’eau risque de devenir de plus en plus un enjeu pour certaines autres espèces locales.

Le déclin de l'érables à sucre (Acer saccharum) au Québec accentue l'importance d'étudier le rôle des insectes herbivores dans les écosystèmes forestiers. À cet égard, nous visons d'abord à évaluer dans quelle mesure les herbivores peuvent contribuer à ce déclin et ensuite à documenter la biodiversité des insectes supportés par les érables qui pourraient être menacée par ce déclin. Nous avons suivi un total de douze érables à sucre dans réserve naturelle du sud du Québec, afin d'étudier le patron vertical de l’herbivorie du sous-bois à la canopée. Trois sessions d'échantillonnage ont eu lieu au cours des étés 2020 et 2021. La température, l'humidité relative et l'exposition au soleil ont été enregistrées et la qualité des feuilles a été évaluée dans 3 strates (canopée exposée au soleil, canopée ombragée et régénération en sous-bois) de chaque arbre. Le taux d'herbivorie a été quantifié en analysant le pourcentage de surface foliaire affectée par chaque type de dommage. On observe une diminution des dommages causés par les herbivores au long du gradient vertical du sous-bois à la canopée en 2020, mais aucune différence significative l’année suivante. Parmi les différentes guildes d'insectes étudiées, le même patron de diminution au long du gradient vertical a été observé dans les dommages infligés par les coupeuses et les squeletteuses de feuilles au cours des deux années d'étude, et dans les dommages causés par les insectes suceurs et les mineuses de feuilles en 2020. 

Les forêts d’érable habitent un grand nombre d’espèces d’invertébrés. Bien qu’un bon nombre d’entre elles soient bénéfiques, certaines espèces peuvent contribuer à la défoliation des arbres. Ces herbivores peuvent être présents en petit nombre, mais peuvent aussi se rendre à des niveaux de populations épidémiques, causant beaucoup plus de ravages. La livrée des forêts, la spongieuse et la chenille à houppes blanches font toutes partie de cette dernière catégorie. L’érable à sucre, comme beaucoup d’autres arbres, répartit ces ressources dans différentes parties de l’arbre et, par conséquent, les feuilles de différentes parties de l’arbre ont un apport nutritif différent pour les défoliateurs. Cet apport est aussi changeant dépendant de la phénologie de chaque espèce. Nous explorons la préférence des différentes espèces de chenilles selon le niveau d’ensoleillement ainsi que par rapport à la stratification verticale. Nous examinons aussi le niveau de fitness de ces espèces en lien avec l’ensoleillement. Notre design expérimental nous permettant d’atteindre la canopée nous offre une nouvelle perspective de ces relations trophiques et nous permet de vérifier si les résultats vus dans le sous-bois peuvent être généralisés. Nos résultats aideront à démontrer les multiples relations trophiques qui entourent l’érable et ainsi que d’élucider la nécessité de mettre en place des solutions sylvicoles pour assurer la pérennité des érablières.

Le réchauffement climatique affecte la phénologie des plantes, avec des conséquences potentielles sur les périodes de production acéricole. Dans cette étude, nous évaluons les températures associées la production acéricole dans 19 érablières avec tubulure à travers le Québec. Nous avons enregistré les horaires journalières de début et de fin de la production de sève en 2018 et nous avons associé les températures horaires. La production de sève s'est déroulée de la mi-février à la fin avril, commençant en moyenne entre 10h et 11h et se terminant entre 18h et 20h. Nous avons observé un pattern saisonnier dans le début et la fin de la production de sève au printemps, le début montrant un changement plus important que la fin. Le début et la fin de la production de sève se sont produits principalement à des températures comprises entre –2 et 2 °C. La production de sève est étroitement liée aux cycles circadiens de gel-dégel et se produit sous des températures nocturnes et diurnes fluctuant au-dessous et au-dessus de 0 °C. L'allongement journalier de la durée de la production de sève reflète les changements dans les périodes de gel et de dégel et peut s'expliquer par les propriétés physiques de l'eau et les processus physiologiques. Le réchauffement en cours entraînera des printemps plus précoces et plus chauds, ce qui pourrait anticiper les cycles de gel et de dégel et faire progresser la production de sève de l'érable à sucre.

Le climat des régions boréales et tempérées possède de grandes variations en fonction des saisons. Les arbres de ces régions, dont l’érable, doivent être capable d’utiliser leurs ressources pour croitre en été, résister au froid pendant l’hiver et faire face aux différents stress présent dans leurs environnement.

Les sucres, aussi appelés carbohydrates, présents dans l’érable sont importants dans l’acériculture puisqu’ils permettent la production du sirop d’érable et de ces dérivés ; ce qui représente une source de revenu important pour l’économie québécoise.

La présence d’un taux de sucres relativement élevé dans la sève d’érable s’explique par leurs divers fonctions métaboliques. Ces voies biosynthétiques sont activées au sein de l’érable en réponse à différents stress biotique ou abiotique. Cependant leurs rôles exact reste complexe à déterminer car s’il existe déjà plusieurs méthodes d’analyses quantitatives, peu d’entre elle sont adaptées pour déterminer la concentration individuelle de chaque sucre. Afin de mieux comprendre le rôle des différents carbohydrates dans la variété de mécanismes d’adaptations existante, il est intéressant de pouvoir les quantifier de façon individuelle. Il est donc intéressant de se demander comment réaliser ce type de quantification afin de pouvoir valoriser et en apprendre plus sur le rôle que jouent ces différents sucres dans l’adaptation de l’arbre à son environnement.

Pour transformer la sève d’érable en sirop, il faut éliminer une grande quantité d’eau en l’évaporant par simple ébullition, mais cette étape est parfois précédée par un enrichissement par osmose inverse.

Le traitement thermique induit des transformations chimiques de certains composés dans la sève. Malgré les avancées scientifiques, la nature exacte de ces transformations est mal comprise jusqu’à ce jour, mais essentielle pour développer la saveur caractéristique du sirop d’érable. Certains composés présents à l’origine dans la sève et de nouveaux composés formés au cours du traitement thermique, se retrouvent dans le sirop d’érable. Cependant, aucune étude n’a considéré ces transformations de manière globale ce qui rend difficile l'identification des voies chimiques ayant un impact sur la qualité sensorielle finale du produit.

Cette revue de la littérature fait le point sur les transformations chimiques possibles induites par la chaleur, et met en lumière l’ensemble des précurseurs moléculaires impliqués dans ces transformations et qui sont responsables de la formation des saveurs distinctives du sirop. Une recherche approfondie de la littérature scientifique nous a permis de conclure que la caramélisation, les réactions de Maillard ainsi que la dégradation de la lignine soluble dans la sève sont les clés pour une identité organoleptique unique du sirop d’érable.

L’objectif principal de ce projet de recherche consiste donc à identifier, collecter et optimiser la prise de paramètres physico-chimiques sur la chaîne de production acéricole, en vue d’automatiser la production constante d’un sirop de qualité. Ceci correspond aussi à l’objectif prioritaire des producteurs acéricoles, car aucune technologie intégrée pour le contrôle et le suivi de l’ensemble des paramètres n’est disponible à ce jour pour les érablières.

À cet effet, un ensemble de capteurs de différentes technologies ont été associés et placés à chaque étape de la chaine de production du sirop d’érable afin de contrôler et de vérifier l’état des différentes parties du procédé. L’ensemble de la chaine de production pourrait, à terme, être contrôlée à distance, permettant de réduire la main-d’œuvre nécessaire aux opérations tout en assurant constamment la production d’un sirop d’érable de qualité. L’équipe emploie une approche basée sur l’Internet industriel des objets (Industrial Internet of Things – IIoT). Dans le cas du présent projet, ces informations permettront d’analyser la qualité de la sève à l’entrée du processus et de surveiller sa transformation vers un produit respectant les spécifications et les normes nécessaires pour la commercialisation du sirop d’érable. L'IIoT dans différentes applications a démontré un grand potentiel en matière de traçabilité de la chaîne de production, de contrôle, de qualité et de gestion énergétique. 

L’une des problématiques de l’industrie acéricole québécoise se situe au niveau des défauts de saveur pouvant affecter la qualité du produit. Le défaut VR5, ou goût de bourgeon, survient généralement en fin de saison de récolte de la sève, lorsque les températures se maintiennent jour et nuit au-dessus de 0°C. Ce défaut, vraisemblablement causé par la présence de certains composés dont le Diméthyledisulfure (DMDS), peut engendrer une diminution de près de 50% de la valeur commerciale du sirop. La molécule visée dans le cadre de ce projet (le DMDS), s’y retrouve en très faible quantité, soit de l’ordre de parties par milliards. Le développement d’une méthode de quantification du composé a donc sollicité l’utilisation d’instruments analytiques de grande précision. Celle-ci a ensuite permis d’évaluer la qualité des traitements qui ont été réalisées en laboratoire. Différentes techniques ont ainsi été comparées à petite échelle, afin de maximiser la diminution du composé organosulfuré, tout en assurant la préservation des propriétés physicochimiques du produit et en évaluant la pérennité du traitement. À terme, le projet permettra de développer une nouvelle technologie de détoxification en ligne du sirop d’érable. Le pilote qui en résultera sera introduit à même le site de production et permettra aux producteurs acéricoles de minimiser les pertes économiques engendrées par le défaut. Il en résultera d’un gain économique pour les producteurs de la région.

En plus des gaz à effets de serre à l’origine des changements climatiques, la consommation de combustibles fossiles génère des émissions atmosphériques de polluants acidifiants comme le dioxyde de soufre (SO2) et les oxydes d’azote (NOx). Notre étude vise à identifier les principaux effets de la baisse des émissions de polluants atmosphériques acidifiants sur la santé d’une érablière en dépérissement à partir de ces suivis environnementaux.

Les suivis révèlent une hausse marquée du pH (baisse de l’acidité) de la précipitation qui est passé de 4,3 à 5,3 entre les cinq premières années de mesures (1989 à 1993) et les 5 années les plus récentes (2016 à 2020). Parallèlement, on observe notamment une baisse de 64 % de la concentration de SO4 dans la solution de sol, accompagnée d’une baisse de 69 % du Ca et de 52 % du Mg au cours de la même période de référence. Certains indicateurs suggèrent que les arbres réagissent positivement à cette amélioration de la qualité de la précipitation. Nous observons entre autres que la litière qui tombe au sol chaque année est 33 % plus riche en Ca et 59 % plus riche en Mg à la fin des années 2010 comparativement au début des années 1990, ce qui indique une amélioration du statut nutritionnel des arbres. La couche de matière organique au sol est aussi 52 % plus riche en Ca et 250 % plus riche en Mg à la fin des années 2010 comparativement à la fin des années 1980.

La collecte de l’eau d’érable avec un réseau de tubulure a révolutionné l’acériculture. L’adaptation des concentrateurs à l’industrie acéricole et les débuts de la mise en marché collective ont considérablement augmenté les superficies exploitées. L’inconvénient de ces systèmes de plus en plus performants est que nous avons de moins en moins de lien direct avec la production individuelle des érables. Du moment qu’il n’y a pas de fuite, nous assumons généralement que l’érable donne un rendement suffisant. Or, le rendement d’un érable sur un site donné est influencé par de nombreuses variables comme la génétique, le diamètre, la hauteur et la dimension du houppier.

Mais qu’en est-il de la vigueur et des défauts sur le tronc? À partir de quelle distance d’un défaut est-il possible d’entailler pour avoir un rendement optimal? De quel type de défaut faut-il se méfier davantage? Les règles d’entaillages ne tiennent généralement pas compte de ces défauts et il existe donc peu de connaissance à leur sujet.

Il existe de nombreux outils permettant d’évaluer la vigueur et la qualité des arbres pour la production de bois, mais ces derniers ne sont pas adaptés à la production acéricole. La classification MSCR ne permet pas d’estimer concrètement la croissance des arbres. Comme la profondeur d’entaillage devrait être liée, entre autres, à la croissance des arbres, il serait intéressant d’intégrer cette variable lors de l’évaluation des tiges.

L’aménagement forestier impacte la structure et la communauté forestière. L’aménagement peut impacter les communautés fongiques, et particulièrement celles qui sont le plus susceptibles de séquestrer du C à long terme dans le sol. Or, la réponse spécifique des champignons mycorhiziens et saprotrophes à l’aménagement forestier demeure peu étudiée, ce qui nuit à notre pouvoir prédictif quant à l’influence de l’aménagement sur le stockage de C dans les sols forestiers.

L’objectif général de ce projet est d’approfondir nos connaissances de l’impact de l’aménagement forestier sur la stabilisation du C organique dans le sol via son influence sur la communauté fongique. Le projet, situé au Mont-Kaaikop, comprend 30 parcelles de forêt aménagées et 30 parcelles de forêt non aménagées dans lesquelles des inventaires forestiers (surface terrière, composition forestière, débris ligneux, plantes de sous-bois) seront effectués. Des échantillons de sol seront récoltés dans l’horizon O et A de chaque parcelle pour déterminer l’abondance relative des guildes fongiques (ADN environnemental), le carbone total et fractionné (POM et MAOM), et certaines propriétés du sol (ratio C/N et pH).

On s’attend comme résultats à ce que l’aménagement forestier inéquien impacte l'abondance relative de différentes guildes fongiques dans la rhizosphère. Il sera ensuite possible de spéculer sur les conséquences que cela pourrait avoir sur le cyclage du C forestier.

Dans le contexte actuel des changements globaux dus aux activités humaines, il est primordial d’étudier les flux de gènes entre les populations naturelles ainsi que leurs capacités adaptatives intrinsèques afin de participer efficacement à leur maintien et à leur gestion durable. Étant donné son importance écologique, économique et culturelle, nous nous sommes penchés sur l’étude de la variation génomique de l’érable à sucre (Acer saccharum) au Québec et son association aux variables bioclimatiques. À partir de données de séquençage haut-débit, nous avons détecté une légère structuration génétique entre 611 individus répartis en 25 populations naturelles de cette espèce emblématique. Cette structuration spatiale est probablement due au processus de recolonisation post-glaciation à partir de refuges glaciaires. Considérant cette structuration génétique, nous avons pu identifier une liste de loci corrélés aux variables bioclimatiques. Notre étude montre ainsi que malgré la faible participation des variations bioclimatiques à la répartition de la variation génomique à l'échelle du Québec, les conditions environnementales locales induisent en revanche une distinction génétique notable entre populations malgré une faible distance géographique.