Développement d’un modèle centré sur l’individu des déplacements du caribou, du loup et de l’orignal, et de leurs interactions, en forêt boréale aménagée

Le caribou forestier est une espèce menacée au Canada, la principale hypothèse au déclin des populations étant l’intensification de la prédation provoquée par les perturbations anthropiques du paysage. Afin de faire face à cette situation, il est nécessaire d’étudier et comprendre l’impact de l’environnement sur les interactions prédateur-proies entre le caribou et le loup, ainsi qu’avec l’orignal, qui est sa principale proie alternative. Pour cela, cette thèse présente la conception d’un modèle centré sur l’individu des déplacements de ces trois espèces en fonction de leur environnement, dont résulteront les interactions prédateur-proies. Afin de permettre l’application de ce modèle sur de longues périodes, et donc pour un environnement changeant, une méthodologie a été développée, qui s’articule atour de deux aspects principaux. Tout d’abord, la notion de niveaux d’émergence est introduite, permettant d’ordonner les comportements observables du système selon leurs interdépendances, afin de choisir comme trait du modèle un com- portement correspondant au domaine d’applicabilité visé. Ordonner les comportements selon leurs niveaux d’émergence permet également d’identifier la redondance entre les patrons, qui peut être à l’origine d’un phénomène de sur-apprentissage lorsqu’ils sont utilisés lors de la calibration. Dans un second temps, un nouveau protocole pour la calibration et la validation du ou des traits choisis à l’aide des niveaux d’émergence, nommé réplication de système basé sur l’individu (Individual Based System Replication - IBSRtion) est également présenté. Ce protocole met l’emphase sur la modélisation directe, contrairement au principal protocole existant, la modélisation orientée patrons (Pattern Oriented Modelling - POM), et permet une approche empirique en générant artificiellement des données non disponibles ou ne pouvant être récoltées par des études de terrains. IBSRtion a également l’avantage de pouvoir être intégrée dans POM, afin de contribuer à la création d’une méthodologie universelle pour la conception de modèles centrés sur l’individu. Le processus de conception de ce modèle aura entre autre permis de faire une synthèse des connaissances et d’identifier certaines lacunes. Une étude visant à palier le manque de connaissances satisfaisantes sur les réponses comportementales à court-terme des proies face au risque de prédation a notamment permis d’observer que celles-ci sont une combinaison de comportements chroniques et éphémères, et que les mécanismes qui en sont à l’origine sont complexes et non-linéaires. Le résultat de ce travail est un modèle complexe utilisant de nombreux sous-modèles, et calibré de façon empirique, applicable à une grande variété d’environnements. Ce modèle a permis de tester l’impact de l’enfeuillement sur les relations prédateur-proies. Des simulations ont été effectuées pour différentes quantités d’enfeuillement, suivant deux configurations spatiales différentes. Les résultats de simulation suggèrent que des plans d’aménagement considérant également l’habitat de l’orignal pourraient être bénéfiques pour le caribou forestier, car ils permettraient d’améliorer la ségrégation spatiale entre les deux espèces, et donc entre le caribou et le loup. En le couplant avec un module de naissances et de morts naturelles ainsi qu’un modèle d’évolution du paysage, ce modèle permettra par la suite d’évaluer l’impact de plans d’aménagement forestier sur la viabilité des populations de caribou forestier. Forest-dwelling woodland caribou are considered threatened in Canada. The main hypothesis to the decrease of populations is the intensification of predation provoked by anthropogenic perturbations in the landscape. To deal with this situation, it is necessary to study and to understand the impact of the environment on the predator-prey interactions between the caribou and the wolf, and with the moose, its main alternative prey. In this perspective, this thesis presents the design of an individual-based model of displacements of these three species with respect to their environment, from which the predator-prey interactions will result. To allow for the application of this model for long periods of time, i.e. for changing environments, a methodology has been developed, which is based on two key points. First, the notion of levels of emergence is introduced, allowing to order the different observable comportments of the system according to their inter-dependencies, to help with choosing a trait of the model corresponding to the intended domain of applicability. Ordering the comportments according to their levels of emergence also permits to identify redundancy between patterns, which can lead to over-fitting when they are used for calibration. Second, a new methodology for calibration and validation of the trait(s) chosen by means of the levels of emergence framework is also presented, named Individual Based System Replication (IBSRtion). This protocol emphasizes forward modelling, contrary to the main existing methodology, Pattern Oriented Modelling (POM), and allows to use an empirical approach by artificially generating data that are unavailable or that cannot be obtained by means of field studies. IBSRtion can also be integrated into POM, to contribute to the establish- ment of a universal methodology for the design of individual based models. The design process of this model allowed for a synthesis of existing knowledge and to point out some gaps. More specifically, a study conducted to deal with the lack of sufficient information on the short-term response of prey to predation risk allowed to observe that their behavioural responses to prior presence of predators are a combination of chronic and ephemeral behaviours, and that the mechanisms that produce them are complex and non-linear. The outcome of this work is a complex model, using many sub-models, and calibrated in an empirical fashion, that can be applied to a wide variety of environments. This model allowed to test the impact of the encroachment of deciduous trees on predator-prey relations. Simulations have been run for different quantities of encroachment, according to two different spatial configurations. Simulation results suggest that management plans taking into account the moose’s habitat might benefit woodland caribou, because they could increase spatial segregation between the two species, and thus between caribou and wolf. Coupling this model with a module of birth and natural death, along with a model of landscape transformation, would allow the assessment of the impact of different forest management plans on the viability of woodland caribou populations.

Keyphrases: Modèles centrés sur l’individu, Relations prédateur-proies, Déplacements animaliers, Réponse comportementale, Fonctions de sélection de pas, Niveaux d’émergence, Modélisation orientée patrons, Pattern oriented modelling, Rangifer tarandus caribou, Canis lupus, Alces alces, Individual-based models, Predator-prey relationships, Animal movements, Behavioural response, Step selection functions, Levels of emergence, Pattern oriented modelling