Historique et caractéristiques écologiques des îlots résiduels après feu en forêt boréale mixte

par Samira Ouarmim

Thèse de doctorat en Evolution, Ecologie, Ressources Génétiques, Paléontologie

Le président du jury était Daniel Kneeshaw.

Le jury était composé de Ahmed Adam Ali, Hugo Asselin, Christelle Hély-Alleaume, Yves Bergeron, Daniel Kneeshaw, Kerry Anderson, Rachid Cheddadi.

Les rapporteurs étaient Daniel Kneeshaw, Kerry Anderson.


  • Résumé

    Le feu est la principale perturbation en forêt boréale mixte. La sévérité des feux n'est pas spatialement homogène et épargne souvent partiellement ou entièrement des parties de la forêt appelées îlots résiduels. Ces îlots forestiers résiduels après feux sont étudiés depuis de nombreuses années, et ces études se sont surtout intéressées aux facteurs déterminant leur occurrence à l'échelle du paysage. Cependant, les travaux réalisés en Fennoscandinavie et aux États-Unis ont révélé la présence de peuplements forestiers (appelés refuges) ayant la capacité de se maintenir dans le territoire pendant plusieurs millénaires. L'objectif principal de cette thèse était de caractériser la dynamique temporelle et la structuration d'îlots forestiers localisés au sein de la forêt boréale mixte de l'est du Canada. Treize îlots forestiers qui ont échappé au dernier feu ont été échantillonnés. Des carottes de sols ont été extraites dans chacun des sites pour réaliser des analyses paléoécologiques (charbons et macrorestes). Les caractéristiques stationnelles de chaque site ont été échantillonnées pour déterminer si les refuges se distinguent des autres îlots résiduels. La charge en combustible des îlots a également été mesurée. Les données ont également servi à alimenter des modèles numériques de comportement du feu (Fire Behavior Prediction System, BehavePlus, FlamMap3) qui ont été utilisés afin de déterminer les caractéristiques stationnelles qui permettent aux refuges d'échapper au feu de façon récurrente. Les résultats ont mis en évidence l'existence de deux types d'îlots résiduels en forêt boréale mixte : les refuges et les autres îlots résiduels. Les refuges sont moins susceptibles au feu comparativement aux îlots résiduels qui ont échappé uniquement au dernier feu, probablement de façon fortuite. Les refuges ont en revanche la capacité de persister dans le paysage forestier durant plusieurs millénaires, ne brûlant uniquement durant des feux particulièrement sévères. Les analyses macrofossiles des refuges soulignent des changements majeurs au sein de la végétation locale, avec comme événement remarquable le passage de formations dominées par Larix laricina/Picea sp. vers des formations dominées par Abies balsamea/Thuja occidentalis. Ce changement de végétation s'est produit à différentes périodes selon les sites, soulignant un processus endogène dans cette transformation de la végétation. Le développement de Larix laricina s'est accompagné dans certains assemblages macrofossiles de taxons typiques de milieux humides (tels que les characées). L'importante couche de matière organique qui caractérise les refuges semble entraver le développement d'espèces de début de succession telles que Betula papyrifera et Populus tremuloïdes. Les îlots refuges doivent leur persistance dans le paysage forestier à un certain nombre de facteurs biotiques et abiotiques qui limitent le passage du feu. Les résultats issus des simulations du comportement du feu, suggèrent un rôle mineur des coupe-feu (lacs, tourbières, et monticules rocheux essentiellement), de la charge en combustible et de la topographie dans l'occurrence des refuges. L'humidité semble être le seul facteur déterminant leur développement au sein de la mosaïque paysagère. Les refuges se mettent en place au sein de faibles dépressions humides qui favorisent l'accumulation de la matière organique. La structure des refuges et des autres îlots résiduels révèle deux principales caractéristiques permettant de les distinguer sur le terrain : le diamètre moyen des arbres et l'épaisseur de la matière organique. Les arbres des refuges ont un plus petit diamètre que ceux des autres îlots résiduels. L'importante épaisseur de la matière organique des refuges affecte négativement la croissance des arbres. Ces caractéristiques pourront être utilisées comme outils d'aide à la décision dans les stratégies d'aménagement forestier.

  • Titre traduit

    Assessing the potential of post-fire residual patches as sanctuaries for biodiversity conservation in the boreal forest


  • Résumé

    Fire is the main natural disturbance shaping boreal forest landscapes. In North American boreal ecosystems, wildfires contribute to the creation of a complex mosaic of stands of varying age, composition, and structure, within which other disturbances and processes can interact. A burned area usually includes tree patches that partially or entirely escaped fire, called post-fire residual patches. The spatially occurrence of post-fire residual patches has been extensively described. However, the presence of fire refuges has been reported in Fennoscandia and in United-States, which can escape fire for several millennia. The aim of this study was to characterize temporal dynamics in post fire residual patches in mixedwood boreal forest of eastern Canada. The analyses concern the reconstruction of fire and forest dynamics history though Holocene and identify characteristics features of these patches. This research aimed to contribute significantly to the objectives of ecosystemic management to preserve biological diversity in the forest mosaics.Thirteen post-fire residual patches which escaped the last fire have been sampled. At each stand, cores and monoliths were extracted for paleoecological analyses. The reconstitution of fire history and forest dynamics were studies by using macroscopic charcoals and macroremains. The characteristics features of stands were also sampled, to differentiate fire refuges from other post-fire residual patches. The fuel load was also measured, and all these data were used as inputs for fire behavior modeling (Fire Behavior Prediction System, BehavePlus, FlamMap3), to identify stand characteristics prevent fire refuges to burn in comparison with other residual stands and forest matrix.The results showed the presence in the landscaped of two types of post-fire residual patches in mixedwood boreal forest: fire refuges and other post-fire residual patches. The fire refuges present less fire susceptibility than other post-fire residual patches, which escape only the last fire probably by chance. On the other hand, fire refuges can persist in the landscape for several millennia, burning in the most severe fires. The forest dynamics reconstruction in fire refuges, highlight major shift in the vegetation from Larix laricina/Picea sp. to late successional species Abies balsamea/Thuja occidentalis. Occuring at all stands, but at different periods of Holocene, these changes can be attributed to internal processes. The presence of Larix laricina was associated to the occurrence of aquatic taxa (e.g. Characear). The late successional species (Abies balsamea/Thuja occidentalis) can persist in the landscape for several centuries due to moisture conditions. The thickness of organic matter recorded in fire refuges seems to inhibit the recruitment of early successional species such as Betula papyrifera et Populus tremuloïdes.The fire refuges owe their persistence in the landscape to abiotoc and biotic factors that limit fire occurrence. Then results obtained from fire behavior simulations, suggest a minor role of fire breaks (lakes, rocks), fuel load and topography in persistence of fire refuges. Local moisture condition seems to be key factor in their occurrence in the landscape. The fire refuges occur likely in depressions, which favor organic matter accumulation. The structure of fire refuges and other residual patches revealed two main characteristics, which distinguish between the two types of residual patches: Mean diameter of trees and thickness of organic matter. The trees of fire refuges present smaller tree diameter than other post-fire residual patches. The thickness of organic matter accumulation in fire refuges affects negatively the growth of trees. These features can be used as tools for decision support in forest management strategies.

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