Joindre le passé et le présent par les études paléoécologiques dans un contexte d’aménagement écosystémique de la forêt boréale du Québec

Les enjeux actuels de protection et d’aménagement des écosystèmes, notamment en forêt boréale, se heurtent à des incertitudes liées aux changements climatiques. En effet, les changements climatiques ont et vont avoir des conséquences appréciables sur la composition, la structure et le fonctionnement dynamique des écosystèmes boréaux. La dynamique de ces écosystèmes dépend aussi de perturbations telles que les feux, les épidémies d’insectes ou encore les chablis dont les régimes naturels (occurrence, surface, sévérité...)  sont modifiés par les changements climatiques. À cela s’ajoutent les impacts directs et indirects des activités humaines qui ne cesseront d’augmenter et d’interférer avec le fonctionnement des écosystèmes. Dans ce contexte, il est donc difficile de savoir jusqu’à quel point les capacités de résistance et de résilience des écosystèmes seront altérées. De cette problématique émerge des préoccupations relatives à la préservation de l’intégrité des écosystèmes et à la pérennisation des usages que nous en avons. De nombreux efforts ont déjà été menés en réponse à ces interrogations par, entre autres, la création d’un aménagement écosystémique des forêts au Québec dont l’objectif est de réduire l’écart entre les forêts naturelles et les forêts aménagées. Il ne faut cependant pas négliger le fait que les écosystèmes sont des entités dynamiques qui possèdent des capacités de résistance et de résilience (adaptation) en réponse à des contraintes environnementales (climat, perturbations...). Ces interactions se manifestent depuis le retrait du dernier glacier qui recouvrait le Québec pendant la dernière ère glaciaire. Très rapidement les écosystèmes se sont différenciés et ont suivi leur propre dynamique jusqu’aux forêts que nous pouvons observer aujourd’hui. Pour préserver durablement ces écosystèmes il faut donc en comprendre l’état actuel et le fonctionnement écologique à long-terme posant ainsi la question des méthodes qui permettent de reconstruire cette histoire écologique. Ces méthodes peuvent être déployées suivant deux échelles : l’échelle spatiale et l’échelle temporelle, souvent considérées comme antagonistes. En effet, il est de coutume de remplacer l’échelle temporelle par l’échelle spatiale comme par exemple avec des inventaires extensifs de végétation qui donnent une image des écosystèmes contemporains. Au contraire, vouloir décrire la dynamique d’un écosystème sur le long terme s’effectue au détriment de l’échelle spatiale comme en paléoécologie. Plus la profondeur temporelle étudiée est importante, moins les données sont abondantes et plus les reconstructions doivent se baser sur des témoins indirects des variables d’intérêt (e.g. végétation, feux, etc..) dont la présence et l’abondance doivent être interprétées via des bio-indicateurs, notamment le pollen et les charbons.   L’objectif de ce doctorat est de réconcilier les échelles, temporelle et spatiale, dans les études paléoécologiques et écologiques récentes avec pour territoire d’étude les écosystèmes forestiers boréaux du sous domaine de la pessière à mousses de l’Ouest du Québec (PMO). Dans un premier temps une étude de la diversité écosystémique actuellement présente et de son histoire pluri-millénaire permet d’appuyer la mise en place de cibles d’aménagement écosystémique à plus petite échelle. Les reconstructions holocènes de la végétation et des feux utilisées dans ce premier chapitre ont mis en évidence des difficultés dans l’analyse conjointe de plusieurs bio-indicateurs. Ces difficultés sont principalement liées au manque de connaissances du rôle des processus taphonomiques dans les enregistrements de bio-indicateurs retrouvés dans les archives sédimentaires. Les deux autres chapitres de ce doctorat ont permis de mieux comprendre ces liens qui existent entre les écosystèmes et certains des bio-indicateurs qu’ils génèrent. Il a ainsi été possible de développer des outils méthodologiques pour faciliter l’interprétation des bio-indicateurs. À terme, ces outils permettront de mieux comprendre les dynamiques à long-terme des écosystèmes forestiers boréaux de la PMO. In the boreal forests, current objectives in terms of protection and management of ecosystems are facing uncertainties due to climate change. Indeed, ongoing and future climate change have and will have noticeable consequences on boreal ecosystems composition, structure and dynamic (Figure I.1). Ecosystem dynamic is also influenced by natural disturbances such as fire, insect outbreaks and windthrows for which regimes (occurrence, surface, severity...) will be modified by climate change. Moreover, direct and indirect impacts of human activities will keep on increasing and interfering with ecosystems functioning. Thus, knowing how the resistance and resilience of ecosystems will be affected is challenging. By the same token, protecting ecosystems integrity and sustaining the usages we have of them raise concerns. Many efforts have been put in place as an answer to these questions such as in Québec with the establishment of an ecosystem based management of forest which aims at reducing the gap between natural and managed forests. Nevertheless, one should not neglect that ecosystems are dynamic entities with resistance and resilience capacities (adaptation) in response to environmental constraints (climate, disturbances...). These interactions are occurring since the retreat of the glacier that was covering Québec during the last Ice Age. Quickly, ecosystems differentiated and followed their own path until reaching their current state. In order to protect the ecosystems we need to understand their current state and their long-term dynamic thus asking the question of the methods available to access ecological history of the ecosystems. Methods can be applied following spatial and temporal scales often considered as antagonistics (Figure I.2). Indeed, temporal scale is often replaced by spatial scale such as for extensive inventories. On the contrary, the description of long-term ecosystem dynamic can be done at the expense of spatial scale such as in paleoecology. The longer the temporal scale is, the less the data are abundant and the more reconstructions rely on indirect indicators of (e.g: fire, vegetation, ...) which presence and abundance must be described via proxies as pollen or charcoal (Figure I.2). The objective of this thesis is to reconcile the two scales, temporal scale and spatial scale, in paleoecological studies and contemporary ecological studies with the Quebec western spruce-feathermoss subdomain (PMO) as study area. First, the current ecosystem diversity and its pluri-millennial history have been studied and support the establishment of low scale ecosystemic management targets. The Holocene reconstructions of vegetation and fire from the first chapter highlighted the challenges of multi-proxy analyses. These difficulties are mostly due to the lack 13 of knowledge concerning the influence of taphonomic processes in the recording of bio-proxies in a sedimentary archive. The two other chapters composing this thesis helped to understand the links existing between the ecosystems and the bio-proxy signals they generate in order to develop methodological tools to facilitate their interpretation. Overall, these tools will allow us to better understand long-term dynamics of boreal forest ecosystems in the PMO.

Keyphrases: paléoécologie, aménagement, taphonomie, pollen, charbon, forêt, feu, Forest, calibration, pollen, Fire, Forest, Paleoecology, Taphonomy, Charcoal, Management