Université de Montpellier 2

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1 Université de Montpellier 2 Mémoire Présenté en vue de lʼobtention du diplôme dʼhabilitation à Diriger des Recherches Paléo-incendies et dynamiques végétales des écosystèmes boréaux : processus écologiques et approches intégratives proxies-modèles Adam A. ALI Maître de Conférences, Département Biologie & Ecologie Centre de Bio-Archéologie et dʼecologie (UMR 5059) Jury composé de : Rapporteurs Mme Maria Fernanda Sanchez-Goñi, Directeur dʼetudes EPHE M. Rachid Cheddadi, Directeur de Recherche CNRS M. Didier Galop, Chargé de Recherche CNRS Examinateurs Mme Brigitte Talon, Maître de Conférences M. Michel Magny, Directeur de Recherche CNRS M. Roger Prodon, Directeur dʼetudes EPHE M. Jean-Frédéric Terral, Professeur des Universités

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3 Table des matières!"#$%&'%#&(")*+%#&,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,&-&!"#$%&'%#&$./0%.*1&%$&%23.'+4#&,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,&5& 6*++"3*0*7&8"$.%&,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,&9& A"$+%&B&0%#&#C#$D7%#&$+.8%+$"2%*1&E=0=3D2%#&%$&0.&3.+.3$4+"#.$"=2&'%#&<.04=<.C#.)%#& 4"53'6/6'7*#,+# 8+3(+-3(+#9# :.;72"6&3+&,6+*# +'#,%&.<6=0+*# /7>7'.;+*#,+*# 6&'7>-.'6/+*#B-21%"<2,);+*,&,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,&F>& F,>,&6=2$%1$%&%$&<+=/047.$"G*%&,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,&F>& F,F,&H*&3E.+/=2&'%&/="#&.*1&<.04=;"23%2'"%#&,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,&FI& F,I,&J#3"00.$"=2#&30"7.$"G*%#&%$&3E.2)%7%2$#&'.2#&0%&+4)"7%&'%#&(%*1&K<+=L%$& 6!MN:OPQRS,&,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,&F9& F,-,&T4#"0"%23%&'%&0.&(=+U$&/=+4.0%&(.3%&.*1&"23%2'"%#&%$&.*1&.3$"8"$4#&.2$E+=<"G*%#& K<+=L%$&TPVM!MPW6PS&,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,&IF& C#"#:-2>-.<<+#,+#-+3(+-3(+#9#<.3-2"732;2>6+#,+#;.#,%&.<6=0+#3(-2&2;2>6=0+#,+*# 6&'+-.3'62&*#3;6<.'"D+0"/7>7'.'62&,&,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,&I?& :RP&>,&:<<+=3E%#&7*0$";<+=1C&'%#&8.+".$"=2#&30"7.$"G*%#X&'*&+4)"7%&'%#&(%*1&%$&'%#& :RP&F,&6=7<.+."#=2#&%2$+%&0%#&/"=;"2'"3.$%*+#&%$&0%#&7='D0%#B&8%+#&*2%&.<<+=3E%&<0*#& "2$4)+.$"8%&'%#&<+=3%##*#&43=0=)"G*%#,&,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,&-5& Y%+#<%3$"8%#&Z&0=2)&$%+7%&,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,&-?& 87D7-+&3+*#?6?;62>-.B(6=0+*&,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,&5[& E230<+&'*#.&&+1+*#9#B0?;63.'62&*#<.F+0-+*#,+*#G#,+-&6)-+*#.&&7+*&,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,&59& 3

4 Liste des figures Figure 1. (A) Séries de charbons de bois du lac Profond (LPR) et du lac Raynald (LR). La trame grise correspond aux séries interpolées à taux de sédimentation constant (C interpolated ; 15 ans). La courbe en noir correspond au bruit de fond (C background ). Les «+» correspondent aux évènements de feux reconstruits. (B) Les cercles correspondent aux intervalles entre deux feux consécutifs (FFI) et la courbe en noir illustre un lissage des données via un LOWESS avec une fenêtre temporelle de 1000 ans. Figure 2. (A) Changements au cours de lʼholocène de la fréquence régionale des feux (RegFF), MAG1 = pic de charbons bois de hautes amplitudes; MAG2= pic de charbons de bois de petites amplitudes. (B) Anomalies moyennes mensuelles de lʼindice quotidien de sècheresse (Drought code = DC) par rapport à lʼactuel. (C) Variations de la longueur de la saison de feu (DC> 80) et des conditions extrêmes (DC > 160). (D) Anomalies de la longueur de la saison de feu. Figure 3. (A) Variations de la biomasse brûlée (RegBB) fondée sur lʼanalyse des influx totaux de charbons de bois. La courbe noire correspond à un lissage via un LOWESS avec une fenêtre temporelle de 500 ans. La bande jaune correspond à lʼintervalle de confiance (bootstrap) à 90 %. La ligne rouge correspond à la valeur médiane à lʼéchelle des 7000 ans. Les changements de biomasse brûlée ont été caractérisés par des box-plots tous les 1000 ans, couplés à des tests de rang de Wilcoxon. (B). Fluctuations de la fréquence des feux (RegFF) à partir des enregistrements à haute fréquence (CHAR peak ) des influx totaux de charbons de bois. (C) Fluctuations de la taille des feux (FS index) fondée sur le ratio RegBB/RegFF qui illustre un passage graduel de feux fréquents de petite taille vers des feux peu fréquents mais de plus grande taille. Les lignes en noir, rouge et pourpre représentent les variations du FS index avec une fenêtre temporelle de 200, 500 et 1000 ans respectivement. (D) Variations de la valeur médiane des CHAR peak (PEAK MED ) avec une fenêtre temporelle de 500 ans. PEAK MED peut être également utilisé pour retracer la taille des feux. La ligne rouge correspond à la valeur médiane à lʼéchelle des 7000 ans. (E) Variations de la longueur de la saison de feux fondée sur le nombre de jours simulés durant un mois donné où le DC (Drought Code) dépasse la valeur seuil de 80. (F) Fluctuations des précipitations simulées via le GCM UGAMP. (G) Fluctuation de lʼinsolation (45 N) au cours du temps. (H) Fluctuations des températures terrestres simulées via le GCM UGAMP. Figure 4. Dynamiques de lʼintervalle entre les feux des lacs Ben et Small (dʼaprès Sénéci et al. 2013) Figure 5. Résultat de lʼanalyse bivariée K-Ripley montrant lʼindépendance des événements de feu entre les Lacs Small et BEN (Sénéci et al. 2013). Figure 6. Schéma résumant les interactions mécanistes entre le climat et le régime des feux (RegFF, RegBB et FS index ; dʼaprès Ali et al., 2012). Figure 7. (a, b) Variations de la fréquence des feux dans la zone coniférienne (Northern fire frequency) et mixte (Southern fire frequency). (c) Variations de lʼinsolation estivale au niveau du 45 N (dʼaprès Berger et Loutre, 1991). (d) Valeurs médianes de la sévérité du DC saisonnier obtenues à partir de données climatiques simulées via le modèle HadCM3 (UGAMP). (e) Index dʼenrichissement en conifères fondé sur la proportion moyenne de pollen de Picea et de Pinus banksiana enregistré dans les séquences polliniques. La barre horizontale rouge matérialise une différence significative dans la proportion de conifères entre les sites de la zone mixte et de la zone coniférienne. Cet index traduit lʼinflammabilité 4

5 des milieux. Une plus grande proportion de conifères dans les forêts facilite lʼéclosion et la propagation des feux. Figure 8. Fréquence des feux simulée au cours de lʼholocène dans la zone coniférienne (a) et mixte (b) à partir des données climatiques simulées via le modèle climatique HadCM3 (UGAMP) et en fonction des changements de végétation enregistrés dans les données polliniques (Girardin et al. 2013). Lʼaugmentation en conifères inflammables dans les matrices forestières de la forêt boréale mixte a permis de minimiser lʼimpact du Néoglaciaire sur lʼoccurence des feux. Figure 9. Répartition des zones dʼétudes au sein de la forêt boréale mixte et coniférienne selon les différents étudiants que jʼai co-encadrés jusquʼà aujourdʼhui. Figure 10. Photographie de lʼune des trappes aquatiques déposées dans les lacs de la Baie James (Thèse de doctorat de France Oris). Figure 11. Reconstruction des fluctuations de la température moyenne du mois dʼaoût dans la région de Chibougamau (Québec) à partir de lʼanalyse des assemblages de chironomidés du Lac Aurélie. La barre horizontale correspond à la valeur moyenne à lʼéchelle de la période dʼétude. Le trait en pointillé correspond à lʼécart-type autour de la moyenne (Valsecchi et al. non publié). Figure 12. Reconstruction des fluctuations de la nappe phréatique de la grande zone tourbeuse de Larforge 1 (nord Québec) dʼaprès lʼanalyse dʼassemblages de thécamoebiens fossilisés dans plusieurs petites tourbières minérotrophes et ombrotrophes (dʼaprès van Bellen et al., soumis). Avant 3000 cal. BP la nappe phréatique était en dessous de la surface actuelle. Elle est devenue affleurante durant le Néoglaciaire. Durant lʼoptimum climatique Médiéval (MWA = Medieval Warming Anomaly), on enregistre une diminution de la hauteur de la nappe phréatique, suivi dʼun rehaussement durant le petit âge glaciaire (LIA). Figure 13. Le panel de gauche illustre les variations du climat (températures et précipitations) et de la longueur de la saison de feu. Le panel de droite illustre les changements de la fréquence des feux au nord (a), au niveau (b) et au sud (c) de la limite de la forêt commerciale (dʼaprès Oris et al., soumis). Liste des tableaux et encadrés Tableau 1. Synthèse des articles de rang A. Tableau 2. Synthèse des financements du projet RESILIENCE Tableau 3. Feux détectés dans la partie supérieure des séquences des lacs Nano et Loup au regard des paramètres analytiques utilisés pour modéliser le bruit de fond. Pour être considéré positivement, les feux détectés doivent avoir un SNI (Signal to Noise Index) > 3. * Kolmogorov-Smirnov test pour la modélisation en double loi gaussienne de CHAR peak p-value > 0,05. Encadré 1. Reconstruction des paléo-incendies : du terrain au laboratoire. Encadré 2. Reconstruction de la taille des feux. Encadré 3. A retenir sur les interactions entre le climat et les feux. Encadré 4. Résilience des forêts à la limite de la forêt commerciale au Québec. Encadré 5. A retenir sur les interactions entre les feux et la végétation. 5

6 Curriculum vitae Adam A. Ali - Maître de Conférences, Montpellier 2. Université CNU ans Né le 23 août 1976 A Saint Denis de la Réunion (974). Situation familiale : marié, 2 enfants. Département de recherche «Biologie, Ecologie & Evolution». Adresse professionnelle : Centre de Bio-Archéologie & dʼecologie, UMR 5059 (CNRS, UM2, EPHE). Equipe : Paléoécologie, changements globaux et perturbations. Institut de Botanique, 163 rue Auguste Broussonet, 34090, Montpellier. [email protected]. Cursus professionnel Professeur associé, Université du Québec en Abitibi-Témiscamingue (Québec, Canada), Institut de recherche sur les forêts ; Chaire Industrielle en Aménagement Forestier Durable (AFD) Maître de Conférences, Université Montpellier 2, Département dʼenseignement «Biologie & Ecologie» Chercheur postdoctoral (10 mois), Université du Québec à Montréal, GEOTOP (Canada) Chercheur postdoctoral (18 mois), Université du Québec en Abitibi- Témiscamingue (Canada) ATER (12 mois), Ecole Pratique des Hautes Etudes (France). Cursus universitaire Doctorat, Biologie, Ecologie et Evolution, Université de Montpellier DEA, Environnement et Archéologie, Université de Franche-Comté Maîtrise, Biologie des Populations et Écologie, Université de Montpellier DEUG, Science de la Vie et de la Terre, Université de la Réunion Baccalauréat S, option physique & chimie, Académie de la Réunion. 6

7 Responsabilités pédagogiques et Enseignements à lʼum Directeur Adjoint, département dʼenseignement «Biologie & Ecologie», Faculté des Sciences, Université Montpellier Membre élu du comité de direction du bureau du département dʼenseignement «Biologie & Ecologie» Co-responsable du parcours EDEN, Licence Géoscience, Biologie & Ecologie Co-responsable du Master GIEBIOTE, Master Ecologie et Biodiversité. Enseignements (volume horaire moyen de 270h ETD/an) : UE-GLBE 101 (L1), Biologie intégrative (co-responsable) : 800 étudiants. UE-GLBE 603 (L3), Phylogénie et Floristique des Spermaphytes : 80 étudiants. UE-GLBE 402 (L2), Diversité et évolution des végétaux actuels et fossiles : 80 étudiants UE-GLBE 607 (L3), Outils et méthodes de la reconstruction des paléoenvironnements : 22 étudiants. UE-GLBE 610 (L3), Biologie, Ecologie et Evolution des champignons : 80 étudiants. UE-GLBE (L3), Faunistique-Floristique : 20 étudiants. UE-BLBE613 (L3), Stage EDEN (Responsable) : 22 étudiants. UE-FMOB202 (M1), Paléoenvironnements et évolution végétale : 5 étudiants. Administration de la recherche Coordination ou responsable dʼaxes scientifiques dans des projets nationaux et internationaux Programme ANR jcjc, coordinateur. Titre du projet «Long-term wildfire risk in north American boreal forest : spotlight on interactions betwwen climate, fire activity and vegetation dynamics» non retenu Programme FRQNT équipe (Québec), responsable dʼaxes de recherche. Titre du projet «Changements climatiques, séquestration du carbone, feux et composition forestière de la forêt boréale durant lʼholocène» accepté ( $ can/an durée 3 ans) Programme CRSNG Canada, responsable dʼaxes de recherche. Titre du projet «RESILIENCE 2» : Perturbations naturelles, résilience des forêts et aménagement forestier : le cas de la limite nordique dʼattribution des forêts au Québec dans un contexte de changements climatiques», accepté ( $ can/an durée 3 ans) Programme CNRS / INSU, coordinateur. Titre du projet «BOREOFIRE : Longterm wildfire regimes in Central-western Canada: spotlight on interactions between atmosphere, oceans and vegetation», accepté ( /an, durée 2 ans). 7

8 2009. Projet ANR coopération France-Canada, responsable dʼaxes de recherche. Titre du projet «BOREALP : dynamique spatiale et temporelle des populations arborescentes isolées dans les écosystèmes boréaux et alpins» non retenu Programme 61 ième Commission permanente de coopération franco-québécoise, responsable dʼaxes de recherche. Titre du projet «CLIMAFEUX : Conséquences du changement CLIMAtique en cours sur le régime des FEUX au sud de la Baie James (Québec-Ontario)», accepté (défraiement de missions sur le terrain, durée 2 ans) Programme CRSNG Canada, responsable dʼaxes de recherche. Titre du projet «RESILIENCE : Risque de feux, résilience des forêts et aménagement forestier: le cas de la limite nordique d'attribution des forêts au Québec dans un contexte de changement climatique», accepté ( $ can/an durée 2 ans). _ Organisateur de la conférence internationale : wildfires in the Boreal Forests : Past, Present and Future Fire Regimes. Conférence internationale sur les feux en forêt qui sʼest tenue au Québec à la Station de Recherche du Lac de Duparquet. Ce colloque a été en partie financé par la subvention du projet CLIMAFEUX. Special issue of the International Journal of Wildland Fire (Vol 19, No 8): Wildfires in Boreal Ecosystems, Edited By M.P. Girardin, A.A. Ali and C. Hély _ Révision de manuscrits pour les revues suivantes (3 articles en moyenne / année). PNAS, The Holocene, Quaternary Research, Quaternary Science Review, PlosOne, Ecoscience, Canadian Journal of Forest Research, Plant Ecology, Ecological Monograph, Boreas. Production scientifique Résumé Publications (publiées ou sous presse) - Articles de rang A (indexé JCR 2006) 35 - Articles de rang B 5 Conférences et séminaires.10 H-index (scholar google) : 12 Tableau 1. Synthèse des articles de rang A Jounal IF Position 1 Position 2 Position dernier Autre position Articles co-signé à la suite dʼun encadrement Total Applied Radiation 1, and Isotopes Archaeometry 1,

9 Artic Antarctic and Alpine Research 1, Climate Dynamics 4, Climate of the Past 3, Comptes Rendus 1, Biologie Comptes Rendus 1, Géosciences Ecoscience 1, Geophysical Research Letters Forest Ecology and Management 3, Global Biology Change Global Ecology and Biogeography International Journal of Wildland Fire Journal Biogeography of 6, , , , Journal of Ecology 5, Journal Paleolimnology of Journal of Quaternary Science 2, , New Phytologist 6, PNAS 9, Quaternary Research 2, Review Palaeobotany palynology of and 1, The Holocene 3, Total Détail des publications Rang A Articles soumis Oris F., Asselin H., Ali A.A., Finsinger W. & Bergeron Y. Effect of increased fire activity on global warming in the boreal forest. Environmental Reviews. 9

10 Brossier B., Oris F., Finsinger W., Asselin H., Bergeron Y. & Ali A.A. Using tree-ring records to calibrate lacustrine charcoal signals for palaeo-fire reconstructions. The Holocene. El Guellab A, Asselin H., Bergeron Y. Gauthier S. & Ali A.A. Fire occurrence during warm and dry periods of the Holocene in the northeastern Canadian boreal forest: implications for forestry. Forest Ecology and Management. Oris F., Asselin H., Finsinger W., Hély C., Blarquez O., Ferland M.-E., Bergeron Y. & Ali A.A. Long-term fire history in northern Quebec : implications for the location of the northern limit of commercial forests. Journal of Applied Ecology. van Bellen S., Garneau M., Ali A.A., Lamarre A., Robert E.C., Magnan G., Asnong H. & Steve P. Poor fen succession over ombrotrophic peat related to late-holocene increased surface wetness in subartic Quebec, Canada. Journal of Quaternary Science. Ouarmim S., Asselin H., Hély C., Bergeron Y. & Ali A.A. Long-term tree species dynamics in persistent fire skips in boreal mixedwood forests. Journal of Quaternary Science. Ouarmim S. Ali A.A., Asselin H., Hély C. & Bergeron Y. Fire history of post-residual stands in the eastern Canadian boreal mixedwood forest. The Holocene. Articles publiés 35 Blarquez O., Girardin M.P., Leys B., Ali A.A., Aleman J., Bergeron, Y., & Carcaillet C. (2013). Palaeofire reconstruction based on an ensemble-member strategy applied to sedimentary charcoal. Geophysical Research Letters 40, Girardin M.P., Ali A.A., Carcaillet C., Blarquez O., Hély C., Terrier A., Genries A. & Yves Bergeron. (2013). Vegetation limits the impacts of warm climate on boreal wildfires. New Phytologist doi : /nph Roiron P., Chabal L., Figueiral I., Terral J.-F. & Ali, A.A. (2013). Palaeobiogeography of Pinus nigra Arn.subsp. salzmannii (Dunal) Franco in the northwestern Mediterranean Basin : A review based on macroremains. Review of Palaeobotany and Palynology 194, Leys B., Carcaillet C., Dezileau L., Ali A.A. & Bradshaw R.H.W. (2013). A comparison of charcoal measurements for reconstruction of Mediterranean paleo-fire frequency in the mountains of Corsica. Quaternary Research 79, Oris F., Lamentowicz M., Genries A. Mourier B., Blarquez O., Ali A.A. & Bremond L., Carcaillet C. (2013). Holocene Changes in climate and land use drove shifts in the diversity of testate amoebae in a subalpine pond. Journal of Palaeolimnology DOI 1P.1007/s Senici D., Lucas A., Chen, H.Y.H., Bergeron Y., Larouche A., Brossier B., Blarquez O. & Ali A.A. (2013). Muli-millennial fire frequency and tree abundance differ between xeric and mesic boreal forests in central Canada. Journal of Ecology 101, Girardin M.P., Ali A.A., Carcaillet C., Gauthier S., Hély C., Le Goff H., Terrier A. & Bergeron Y. (2012). Fire in managed forest of eastern Canada : risks and options. Forest Ecology and Management 294,

11 28- Ali A.A., Blarquez O., Girardin M.P., Hély C., Tinquaut F., El Guellab A., Valsecchi V., Terrier, A., Bremond L., Genries A., Gauthier S. & Bergeron Y (2012). Control of the multi-millennial wildfire size in boreal North America by spring climatic conditions. Proceedings of National Academy of Science 109, Fauvart N., Ali A.A., Terral J.-F., Roiron P., Blarquez O., Carcaillet C. (2012). Holocene upper tree-limits of Pinus section sylvestris in the Western Alp as evidenced from travertine archives. Review of Palaeobotany and Palynology 169, Genries A., Finsinger W., Asnong H., Bergeron Y., Carcaillet C., Garneau M., Hély C. & Ali A.A. (2012). Local versus regional processes : can soil characteristics overcome climate and fire regimes by modifying vegetation trajectories? Journal of Quaternary Science 27, Van Bellen S., Garneau M. & Ali A.A., Bergeron Y. (2012). Did fires drive Holocene carbon sequestration in boreal ombrotrophic peatlands of eastern Canada? Quaternary Research 78, Girardin M.P., Ali A.A. & Hély C. (2010). Wildfires in boreal ecosystems : past, present and some emerging trends. International Journal of Wildland Fire 19, Mahaney W.C., Tricart P, Carcaillet C.., Blarquez O., Ali A.A., Kapran B., Argant J. & Barendregt R.W. (2010). Hannibal's invasion route : an age-old question revisited within a geoarchaeological and palaeobotanical context. Archaeometry 52(6), Hély C., Girardin M.P., Ali A.A., Carcaillet C., Bewer S. & P Bergeron Y. (2010). Eastern boreal North American wildfire risk of the past 7000 years : a model-data comparison. Geophysical Research Letters 37, L14709 doi: /2010gl and the auxiliary materials. 21 Girardin M.P., Ali A.A. & Hély C. (2010). Wildfires in boreal ecosystems : past, present and some emergings trends. Internationnal Journal of Wildland Fire 19, Bremond L., Carcaillet C., Favier C., Ali A.A., Paitre C., Bégin Y., Bergeron Y. & Richard P.J.H. (2010) Effects of vegetation zones and climatic changes on fire-induced atmospheric carbon emissions : a model based on paleo-data. International Journal of Wildland Fire 19(8), DOI : /WF Carcaillet C., Richard P.J.H., Bergeron Y., Fréchette B. & Ali A.A. (2010) Resilience of the boreal forest in response to Holocene fire-frequency changes assessed by pollen diversity and population dynamics. International Journal of Wildland Fire 19(8), DOI : /WF Ali A.A., Higuera P.E., Bergeron Y. & Carcaillet C. (2009) Comparing fire-history interpretations based on area, number and estimated volume of macroscopic charcoal in lake sediments. Quaternary Research 72, Chepstow-Lusty A.J., Frogley M.R., Bauer B.S., Leng M.J., Boessenkool K.P., Carcaillet C., Ali A.A. & Gioda A. (2009). Putting the rise of the Inca Empire within a climatic and land management context. Climate of the Past Discussion 5, Girardin M.P., Ali A.A., Carcaillet C., Mudelsee M., Drobyshev I., Hély C. & Bergeron Y., (2009). Heterogeneous response of circumboreal wildfire risk to climate change since the early 1900s. Global Change Biology 15, Ali A.A., Carcaillet C. and Bergeron Y. (2009). Long-term fire frequency variability in 11

12 the eastern Canadian boreal forest: climate versus local factors influences. Global Change Biology 15, Carcaillet C., Fauvart N., Roiron P., Terral J.-F. & Ali A.A. (2009). A new, isolated and endangered relict population of dwarf pine (Pinus mugo Turra) in the northwestern Alps. Comptes Rendus Biologies 332, Carcaillet C., Ali A.A., Blarquez O., Genries A., Mourier B., & Bremond L. (2009) Spatial variability of fire history in subalpine forests : large and local scale processes during the Holocene (from natural to cultural regimes). Ecoscience 16(1), Ali A.A., Roiron P., Chabal, L., Ambert, P. Gasco, J. André & Terral J.-F. (2008). Holocene hydrological and vegetation changes in Southern France inferred by the study of an alluvial travertine system (Saint Guilhem-le-Désert, Hérault). Comptes Rendus Géoscience 340, Ali A.A., Asselin H., Larouche A.C., Bergeron Y., Carcaillet C. & Richard P.J.H. (2008). Changes in fire regime explain the Holocene rise and fall of Abies balsamea in the coniferous forests of western Québec, Canada. The Holocene 18(5), Ali A.A., Bassam G Garneau M., Asnong H. & Loisel J. Recent peat accumulation rates in minerotrophic peatlands of Bay James region, Eastern Canada, inferred by 210 Pb and 137 Cs radiometric techniques (2008). Applied Radiation and Isotopes 66, Power M.J., Marlon J., Ortiz N., Bartlein P.J., Harrison S.P., Mayle F.E., Ballouche A., Bradshaw R.H.W., Carcaillet C., Cordova C., Mooney S., Moreno P.I., Prentice I.C., Thonicke K., Tinner W., Whitlock C., Zhang Y., Zhao Y., Ali A.A., Anderson R.S., Beer R., Behling H., Briles C., Brown K.J., Brunelle A., Bush M., Camill P., Chu G.Q., Clark J., Colombaroli D., Connor S., Daniau A.-L., Daniels M., Dodson J., Doughty E., Edwards M.E., Finsinger W., Foster D., Frechette J., Gaillard M.-J., Gavin D.G., Gobet E., Haberle S, Hallett D.J., Higuera P., Hope G., Horn S., Inoue J., Kaltenreider P., Kennedy L., Kong Z.C., Larsen C., Long C.J., Lynch J., Lynch E.A., McGlone M., Meeks S., Mensing S., Meyer G., Minckley T., Mohr J., Nelson D.M., New J., Newnham R., Noti R., Oswald W., Pierce J., Richard P.J.H., Rowe C., Sanchez Goñi M.F., Shuman B.J., Takahara H., Toney J., Turney C., Urrego-Sanchez D.H., Umbanhowar C., Vandergoes M., Vanniere B., Vescovi E., Walsh M., Wang X., Williams N., Wilmshurst J. & Zhang J.H. (2008). Changes in fire regimes since the Last Glacial Maximum : an assessment based on a global synthesis and analysis of charcoal data. Climate Dynamics, 30, Muller S.D., Nakagawa T., de Beaulieu J.-L., Court-Picon M., Carcaillet C., Miramont C., Roiron P., Boutterin C., Ali A.A., & Bruneton H. (2007). Postglacial migration of silver fir (Abies alba Mill.) in the southwestern Alps. Journal of Biogeography 34, Ali A.A., Martinez M., Fauvart N., Roiron P., Fioraso G., Guendon J.-L., Terral J.-F. & Carcaillet C. (2006). Incendies et peuplements à Pinus mugo Turra dans les Alpes occidentales (Val di Susa, Italie) durant la transition Tardiglaciaire - Holocène : une zone refuge évidente. Comptes Rendus Biologies 329, Ali A.A., Carcaillet C., Talon B., Roiron P. & Terral J.-F. (2005). Pinus cembra (arolla), a common tree in the inner French Alps since the early Holocene and once extended above the present treeline : a synthesis based on charcoal data from soils and travertines. Journal of Biogeography 32, Ali A.A., Roiron, P., Guendon, J.-L., Poirier, Ph. & Terral, J.-F. (2005). Holocene 12

13 vegetation responses to fire events in the inner French Alps (Queyras Massif): data from charcoal and geomorphological analysis of travertine sequences. The Holocene 15 (1), Ali A. A., Guendon, J.-L., Terral, J.-F. & Roiron, P. (2004). Subalpine vegetation dynamics in the southern inner French Alps (Queyras Massif) during the Holocene: Evidence from plant imprints and charcoal preserved in travertine sequences. Arctic, Antarctic and Alpine Research 36, Roiron, P., Ali A. A., Carcaillet, C., Guendon, J.-L, & Terral, J.-F. (2004). Preuve de l'indigénat du peuplier blanc (Populus alba L.) dans le bassin ouest méditerranéen. Comptes Rendus Biologies 327, Ali A. A., Carcaillet, C., Guendon, J.-L., Roiron, P., Terral, J.-F. & Quinif, Y. (2003). The Early Holocene treeline in the southern inner French Alps : new evidence from travertine formations. Global Ecology and Biogeography 12, Ali A. A., Terral, J.-F., Guendon, J.-L. & Roiron, P. (2003). Holocene paleoenvironnental changes in southern France : a palaeobotanical study of travertine at St-Antonin, Bouches-du-Rhône. The Holocene, 13 (2), Rang B 5 - Ollivier V., Guendon J.-L., Ali A.A., Roiron P. & Ambert P. (2006). Evolution postglaciaire des environnements provençaux et alpins : nouveau cadre chronologique, faciès et dynamiques morpho-sédimentaires. Quaternaire 17, Roiron P., Ali A.A., Guendon J.-L., Migueres M.-E., Muller S.D., Ollivier V. (2006). La flore fossile du système travertineux du Serre de Montdenier (Alpes de Haute Provence, France) : un nouveau jalon dans lʼhistoire de la végétation Holocène des Alpes du sud. Quaternaire 17, Ali A. A., Guendon J.-L., Terral J.-F. & Roiron P. (2003). Les systèmes travertineux holocènes et les paléo-paysages méditerranéens et subalpins (France) : une analyse géobotanique séquentielle à haute résolution spatiale. Géographie physique et Quaternaire 57, Ali A. A., Guendon J.-L., Terral J.-F., Quinif Y. & Roiron P. (2003). Végétation holocène et dynamique dʼune forêt subalpine (Queyras, France): Etude géomorphologique et paléobotanique de formations travertineuses. Quaternaire 13 (1-2), Guendon J.-L., Ali A. A., Roiron P., Terral J.-F., d'anna A., Diaz del Olmo F. & Baena Escudero R. (2003). Les travertins de Saint-Antonin: séquence géobotanique et climatoanthropique holocène. Karstologia 41, Conférences et séminaires Seneci D., Chen H.H., Bergeron Y. & Ali A.A. Long-term fire and vegetation interaction at local and sub-regional scales in the central boreal forest. 98rd ESA annual meeting, Minneapolis, Minnesota, 8 août Oris F, Ali A.A., Asselin H, Hély-Alleaume C, Finsinger W & Bergeron Y. Paléo-feux et climat au nord du Québec : des perspectives pour le futur. 10ème Conférence des 13

14 étudiants en études nordiques de lʼaucen, Val-dʼOr, Québec, du 1 er au 3 novembre Oris F, Genries A, Bremond L, Ali A.A., Carcaillet C & Lamentowicz M. Testate amoebae reveal palaeo-hydrology and abrupt shift in trophy during the Holocene in small subalpine mire in French Alps. 5th International Symposium on Testate Amoebae, Montbeliard, France, du 14 au 17 septembre Ouarmim, S., Asselin, H., Ali A. A., Hély, C. & Bergeron, Y ans d'histoire et très peu de feux en forêt boréale mixte 14 e Colloque de la Chaire industrielle CRSNG-UQAT- UQÀM en aménagement forestier durable, Rouyn-Noranda, Québec (23-24 novembre 2013) Ouarmim, S., Ali A. A., Asselin, H., Hély-Alleaume, C. et Bergeron, Y. Ces forêts qui ne brûlent pas : 8000 ans d'histoire et très peu de feux en forêt boréale mixte.10e Conférence nationale des étudiants en études nordiques de lʼaucen, Val-d'Or, Québec (1-3 novembre 2013). Ali A.A., Bergeron Y. & Carcaillet C. Long term fire regime variability in the eastern Canadian boreal forest : climate versus local factors influences. 93 rd ESA annual meeting, Milwaukee, Wisconsin, 6 août Garneau M, Ali A A., Tremblay L, Pelletier L& Asnong H. Potential Impacts of Paleohydrological Changes on Holocene Methane Fluxes in Boreal and Subarctic Peatlands, James Bay, Quebec, Canada. AGU Fall meeting, San Francisco, Californie (Décembre 2008). Garneau M, Turunen J, A. A. Ali, Asnong H, Pelletier L, Loisel J, Beaulieu-Audy V. The understanding of past and present-day carbon dynamics of boreal peatlands, James Bay Lowlands, Quebec, Canada. AGU Fall meeting, San Francisco, Californie (Décembre 2007). Garneau M, Turunen J, A. A. Ali, Asnong H, Pelletier L, Loisel J, Beaulieu-Audy V. The understanding of past and present-day carbon dynamics of boreal peatlands, James Bay Lowlands, Quebec, Canada. AGU Fall meeting, San Francisco, Californie (Décembre 2007). Encadrements Post-doctorat Verushka Valsecchi. Analyses et reconstructions multiproxies des changements environnementaux au centre du Québec au cours de lʼholocène. Ecole Pratique des Hautes des Etudes Aurélie Genries. Activités de feux et dynamiques de végétation dans la forêt boréale mixte de lʼontario au cours de lʼholocène. Université du Québec à Montréal. Publication associée : 1. Genries A., Finsinger W., Asnong H., Bergeron Y., Carcaillet C., Garneau M., Hély C. 14

15 & Ali A.A. (2012). Local versus regional processes : can soil characteristics overcome climate and fire regimes by modifying vegetation trajectories? Journal of Quaternary Science 27, Doctorat Lisa Bajolle. Changements climatiques, activités de feux et mosaïques paysagères dans la region de Matagami (Québec) au cours de lʼholocène. Université du Québec en Abitibi-Témiscamingue. Taux dʼencadrement : 25%. Autres encadrants : Emmanuel Gondouin (25 %), Martin Lavoie (25 %) & Yves Bergeron (25 %). Soutenance prévue en décembre Rémy Cécile. Interactions entre le climat, les feux et les dynamiques de végétation au cours de lʼholocène et dans le futur sur la Côte-Nord (Québec-Labrador). Université du Québec en Abitibi-Témiscamingue. Taux dʼencadrement : 25 %. Autres encadrants : Christelle Hély (25 %), Martin Lavoie (25 %) & Yves Bergeron (25 %). Soutenance prévue en décembre Oris France. Interaction feu-végétation-climat en forêt boréale à la limite nordique de la forêt commerciale : implication pour lʼaménagement des forêts. Université du Québec en Abitibi-Témiscamingue. Taux dʼencadrement : 25 %. Autres encadrants : Hugo Asselin (25 %), Walter Finsinger (25%) & Yves Bergeron (25 %). Soutenance prévue en avril Publications associées : 1. Oris F., Asselin H., Finsinger W., Hély C., Blarquez O., Ferland M.-E., Bergeron Y. & Ali A.A. (soumis). Long-term fire history in northern Quebec : implications for the location of the northern limit of commercial forests. Journal of Applied Ecology. 2. Brossier B., Oris F., Finsinger W., Asselin H., Bergeron Y. & Ali A.A (soumis). Using tree-ring records to calibrate lacustrine charcoal signals for palaeo-fire reconstructions. The Holocene. 3. Oris F., Asselin H., Ali A.A., Finsinger W. & Bergeron Y (soumis). Effect of increased fire activity on global warming in the boreal forest. Environmental Reviews Lafontaine-Sénéci Dominic. Multi-millennial fire-climate-vegetation dynamics in boreal forest of central Canada. Lakehead University. Taux dʼencadrement : 25 %. Autres encadrants : Yves Bergeron (25%) & Han Chen (50 %). Soutenance prévue avril Publication associée : Senici D., Lucas A., Chen, H.Y.H., Bergeron Y., Larouche A., Brossier B., Blarquez O., Ali A.A. (2013). Muli-millennial fire frequency and tree abundance differ between xeric and mesic boreal forests in central Canada. Journal of Ecology 101,

16 Ouarmim Samira. Évaluation du potentiel des îlots forestiers rémanents comme sanctuaires forestiers pour le maintien de la biodiversité en forêt boréale. Taux dʼencadrement 25 %. Autres encadrants : Hugo Asselin (25 %), Yves Bergeron (25 %), Christelle Hély (25%). Publications associées : 1. Ouarmim S., Asselin H., Hély C., Bergeron Y. Ali A.A. (accepté). Long-term tree species dynamics in persistent fire skips in boreal mixedwood forests. Journal of Quaternary Science. 2. Ouarmim S. Ali A.A., Asselin H. Bergeron Y, Hély C. (soumis). Fire history of postresidual stands in the eastern Canadian boreal mixedwood forest. The Holocene. Soutenance prévue décembre Simon Van Bellen. Carbon accumulation in tree ombrotrophic peatlands of the Eastmain region, Quebec, Canada: influence of hydrology, vegetation and fire in the Holocene climatic context. Taux dʼencadrement 10 %. Autres encadrants : Michel Garneau (45 %), Yves Bergeron (45 %). Publication associée : Van Bellen S., Garneau M., Ali A.A., Bergeron Y. (2012). Did fires drive Holocene carbon sequestration in boreal ombrotrophic peatlands of eastern Canada? Quaternary Research 78, Maîtrise/Master Benjamin Adroit. Interactions plante-insecte au Plio-Pléistocène : étude du gisement à Diatomite de Bernasso. Master Ecologie Biodiversité, parcours BVT, Université Montpellier. Taux encadrement 25 %. Autre encadrant : Vincent Girard (75 %) Waïto Justin. Dendrochronological and paleo-ecological reconstructions of recent fire history in mixedwood boreal forest of central Canada. Master in Biology, Center for Forest Interdisciplinary research, University of Winnipeg. Taux dʼencadrement : 50%. Autre encadrant : Jacques Tardif (50%). Soutenance prévue décembre Pierre Crespin. Dynamique de la paludification durant lʼholocène dans les forêt tourbeuses de la pessière à mousse. Maîtrise en Biologie, Université du Québec en Abitibi-Témiscamingue. Taux dʼencadrement : 50%. Autre encadrant : Yves Bergeron (50%). Soutenance prévue avril Aurore Lucas. Feux et dynamiques de la biodiversité ligneuse dans la forêt boréale mixte canadienne de lʼontario au cours de lʼholocène. Master 2 BGAE parcours FENEC. Taux encadrement 100 %. 16

17 Publication associée : Senici D., Lucas A., Chen, H.Y.H., Bergeron Y., Larouche A., Brossier B., Blarquez O., Ali A.A. (2013). Muli-millennial fire frequency and tree abundance differ between xeric and mesic boreal forests in central Canada. Journal of Ecology 101, Ahmed El-Guellab. Fréquence de feux au cours de lʼholocène à la limite nordique de lʼexploitation forestière au Québec. Maîtrise en Biologie, Université du Québec en Abitibi-Témiscamingue, Canada. Taux dʼencadrement 50 %. Autre encadrant : Hugo Asselin (50 %). Publication associée : 1. El Guellab A, Asselin H., Bergeron Y. Gauthier S. Ali A.A. (soumis). Fire occurrence during warm and dry periods of the Holocene in the north-eastern Canadian boreal forest: implications for forestry. Forest Ecology and Management France Oris. Paléoécologie et paléo-hydrologie dʼune tourbière subalpine à partir dʼanalyses de Thécamoebiens. Master 1 FENEC, Université Montpellier 2. Taux dʼencadrement : 50 %. Autre encadrant Laurent Bremond (50 %). Publication associée: Oris F., Lamentowicz M., Genries A. Mourier B., Blarquez O., Ali A.A., Bremond L., Carcaillet C. Holocene Changes in climate and land use drove shifts in the diversity of testate amoebae in a subalpine pond. Journal of Palaeolimnology DOI 1P.1007/s Fauvart Nicolas. Dynamique Holocène des pins de la section sylvestris dans les Alpes occidentales à partir de lʼanalyse de macrorestes végétaux préservés dans des gisements travertineux. Master 2 BGAE, spécialité PPP. Taux dʼencadrement : 50 %. Autre encadrant : Paul Roiron (50 %). Publications associées : 1-Fauvart N., Ali A.A., Terral J.-F., Roiron P., Blarquez O., Carcaillet C. (2012). Holocene upper tree-limits of Pinus section sylvestris in the Western Alps as evidenced from travertine archives. Review of Palaeobotany and Palynology 169, Carcaillet C., Fauvart N., Roiron P., Terral J.-F. & Ali A.A. (2009). A new, isolated and endangered relict population of dwarf pine (Pinus mugo Turra) in the north-western Alps. Comptes Rendus Biologies 332, Ali A.A., Martinez M., Fauvart N., Roiron P., Fioraso G., Guendon J.-L., Terral J.-F. & Carcaillet C. (2006). Incendies et peuplements à Pinus mugo Turra dans les Alpes occidentales (Val di Susa, Italie) durant la transition Tardiglaciaire - Holocène : une zone refuge évidente. Comptes Rendus Biologies 329,

18 Avant-propos Le mémoire sʼarticule autour de trois parties. La première est une synthèse de mes travaux de recherche développés durant ma thèse de Doctorat, et qui ont été essentiellement conduits dans les Alpes du sud occidentales. La seconde partie est consacrée à mes travaux de recherche initiés à partir de mon post-doc au sein de la Chaire Industrielle en Aménagement Forestier Durable à lʼuniversité du Québec en Abitibi-Témiscamingue, et après mon recrutement à lʼuniversité Montpellier 2 en septembre La dernière partie se consacre à mon projet de recherche à court / moyen terme (10 prochaines années) ainsi quʼà des perspectives de recherche que je souhaiterais développer dans dʼautres écosystèmes boréaux, en Sibérie et en Scandinavie. 18

19 1- Synthèse des travaux de thèse de doctorat Titre : les systèmes travertineux holocènes et la caractérisation des paléopaysages méditerranéens et subalpins. Le principal objectif de mon travail de thèse était de démontrer le potentiel paléoécologique des systèmes travertineux et des assemblages végétaux (empreintes végétales et charbons de bois) quʼils renferment. A partir dʼanalyses géomorphologiques, morpho-sédimentaires et paléobotaniques, mes recherches ont permis de décrypter et dʼévaluer le poids des facteurs locaux dans la mise en place postglaciaire des paléopaysages méditerranéens (Bouches-du-Rhône) et subalpins (Massif du Queyras). Jʼai pu démontrer quʼà lʼholocène, les paysages de montagne évoluent spatialement de façon différentielle. Ainsi, les changements enregistrés à lʼéchelle de vallées ou de versants, bien que sʼinscrivant dans une dynamique climatique globale, obéissent à des processus physiques, biologiques et écologiques, stationnels ou locaux. Lʼanalyse morpho-sédimentaire des systèmes travertineux permet de distinguer à haute résolution spatiale les processus érosifs et les glissements de terrain qui ont affecté les sols. Lʼidentification au niveau spécifique de la plupart des empreintes végétales contenues dans les faciès travertineux a permis de caractériser avec pertinence la composition des paléovégétations et de discuter de lʼhistoire biogéographique de certaines espèces clés des milieux ripicoles méditerranéens (Populus alba) et des écosystèmes subalpins (Pinus uncinata et Pinus cembra). Les charbons de bois, principalement emprisonnés dans les niveaux détritiques, représentent des enregistrements stratifiés de paléo-incendies (naturels ou/et anthropiques). Une dynamique écologique décrivant les réponses de la forêt subalpine aux perturbations par le feu a été établie à travers lʼétude des niveaux charbonneux des différents systèmes travertineux du Queyras. Lʼensemble des résultats obtenus a mis en lumière les changements des composantes physiques (érosions, incisions et glissements de terrain), et biologiques (structure et dynamique de végétation) des paléo-paysages. Mes travaux de thèse mʼont permis de maitriser les concepts de la paléoécologie et surtout dʼorienter mes activités de recherche vers lʼétude des paléo-incendies. Les discussions enrichissantes avec Christopher Carcaillet mʼont permis dʼaccroitre mon intérêt pour cette problématique et de prendre contact avec lʼéquipe de Yves Bergeron au Canada. Publications associées : Rang A 6- Ali A.A., Martinez M., Fauvart N., Roiron P., Fioraso G., Guendon J.-L., Terral J.-F. & Carcaillet C. (2006). Incendies et peuplements à Pinus mugo Turra dans les Alpes occidentales (Val di Susa, Italie) durant la transition Tardiglaciaire - Holocène : une zone refuge évidente. Comptes Rendus Biologies 329, Ali A.A., Carcaillet C., Talon B., Roiron P. & Terral J.-F. (2005). Pinus cembra (arolla), a common tree in the inner French Alps since the early Holocene and once extended above the present treeline : a synthesis based on charcoal data from soils and travertines. Journal of Biogeography 32, Ali, A.A., Roiron, P., Guendon, J.-L., Poirier, Ph. & Terral, J.-F. (2005). Fire and vegetation pattern changes in the Southern inner French Alps (Queyras Massif) during the 19

20 Holocene : charcoal and geomorphological analyses of travertine sequences. The Holocene 15 (1), Ali, A. A., Guendon, J.-L., Terral, J.-F. & Roiron, P. (2004). Subalpine vegetation dynamics in the Southern inner French Alps (Queyras Massif) during the Holocene : Evidence from plant imprints and charcoal preserved in travertine sequences. Arctic, Antarctic and Alpine Research 36, Roiron, P., Ali, A. A., Carcaillet, C., Guendon, J.-L, & Terral, J.-F. (2004). Sur l'indigénat du peuplier blanc (Populus alba L.) dans le bassin ouest méditerranéen. Comptes Rendus Biologies 327, Ali A. A., Carcaillet, C., Guendon, J.-L., Roiron, P., Terral, J.-F. & Quinif, Y. (2003). The Early Holocene treeline in the Southern inner French Alps : new evidence from plant imprints within travertine. Global Ecology and Biogeography 12, Rang B 3 - Ali A. A., Guendon J.-L., Terral J.-F. & Roiron P. (2003). Les systèmes travertineux holocènes et les paléopaysages méditerranéens et subalpins (France) : une analyse géobotanique séquentielle à haute résolution spatiale. Géographie physique et Quaternaire 57, Ali A. A., Guendon J.-L., Terral J.-F., Quinif Y. & Roiron P. (2003). Végétation holocène et dynamique dʼune forêt subalpine (Queyras, France): Etude géomorphologique et paléobotanique de formations travertineuses. Quaternaire 13 (1-2), Guendon J.-L., Ali A. A., Roiron P., Terral J.-F., d'anna A., Diaz del Olmo F. & Baena Escudero R. (2003). Les travertins de Saint-Antonin: séquence géobotanique et climatoanthropique holocène. Karstologia 41,

21 2-Activités de Recherche : Paléo-incendies et dynamiques végétales des écosystèmes boréaux de lʼamérique du Nord : processus écologiques et approches intégratives proxymodèles Contexte et problématique La forêt boréale constitue un des plus grands domaines forestiers de la planète, avec plus dʼun milliard hectares de forêt qui ceinture l'hémisphère Nord de l'océan Atlantique au Pacifique, au niveau du cercle polaire. Elle joue un rôle fondamental dans lʼéquilibre climatique de la planète (Bonan et al., 1995), en constituant notamment le plus grand réservoir terrestre de carbone (Dixon et al., 1994), accumulé principalement dans des tourbières plurimillénaires (Nilsson et al., 2008; Turunen et al., 2002; Waddington and Roulet, 2000). En corollaire, les incendies de forêt constituent lʼune des perturbations majeures qui façonnent les paysages de la forêt boréale (Rowe & Scotter, 1973; Bergeron et al., 2004; Fauria & Johnson, 2008). Le feu est à la fois source de vie, créant des sites de germinations nécessaires pour la survie de certaines espèces (Gauthier et al., 1996), mais est aussi un agent destructeur qui détruit chaque année des milliers dʼhectares de forêt, en émettant dʼimportantes quantités de carbone vers lʼatmosphère (Gillett et al., 2004; Werf et al., 2010). Lorsque la combustion nʼest pas complète, les émissions peuvent être constituées dʼautres gaz (tels que le monoxyde de carbone (CO), le méthane (CH4) et aérosols) qui ont eux aussi un impact sur le réchauffement global (Carslaw et al., 2010; Simpson et al., 2011). Les conséquences du réchauffement climatique en cours (Marcott et al. 2013) sur le risque de feu ne sont pas très rassurantes (Soja et al., 2007; Wotton et al., 2010), et lʼensemble des projections indiquent une recrudescence très probable des incendies durant les prochaines décennies au sein de la forêt boréale (Stocks et al., 1998; Flannigan et al., 2005; Krawchuk et al., 2009; Bergeron et al., 2010). À lʼéchelle du Canada, les différentes provinces se sont entendues pour faire de lʼaménagement durable des forêts une priorité afin de préserver lʼintégrité fonctionnelle des écosystèmes. Or, cette politique requiert quʼun certain nombre de conditions puissent être remplies. Lʼobtention dʼun volume de bois et de bonnes dimensions dʼarbres dans un temps raisonnable doivent être atteints (productivité optimale), mais il faut aussi démontrer que face à la fréquence des perturbations naturelles et des activités humaines, les processus écologiques fondamentaux (dynamique de végétation, cycle du carbone ; régime de feu) des écosystèmes seront préservés (Turner et al., 1993). Ces exigences écologiques et socioéconomiques génèrent de nombreuses interrogations et incertitudes en ce qui concerne le devenir des écosystèmes boréaux, et il existe véritablement autant de raisons écologiques, éthiques, économiques et sociétales pour protéger la forêt boréale dans sa grande diversité (Carpenter et al., 2009). Depuis 2005, mes travaux de recherche sʼarticulent autour de la caractérisation du fonctionnement à long terme (pluriséculaires) des écosystèmes boréaux du Canada. Mon activité de recherche sʼinscrit dans cette problématique générale ayant pour principal objectif de caractériser les facteurs qui contrôlent la dynamique des feux de forêt, afin de contribuer à lʼélaboration de stratégies visant à contrôler leur occurrence et minimiser leur impact au cours des prochaines décennies. 21

22 Malgré le déclenchement des feux de forêt initiés accidentellement par les activités humaines, les variations du climat sont à lʼorigine de la plupart des incendies de forêt qui embrasent chaque année de larges territoires (Johnson & Larsen, 1991; Kasischke & Turetsky, 2006; Stocks et al., 1998). Le départ des grands feux naturels est le résultat dʼimpacts de foudre sur des zones affectées par des sècheresses sévères qui peuvent durer plusieurs semaines. Lʼétablissement de longues périodes de sècheresse est le résultat dʼinteractions entre lʼatmosphère (circulation de masses dʼair) et des oscillations de températures de surface dans le Pacifique et lʼatlantique (Skinner et al ; Girardin et al Skinner et al., 2006). Ces interactions (téléconnections) mettent en scène lʼenso (El Niño-Southern Oscillation), le PDO (Pacific Decadal Oscillation), et le AMO (Atlantic Multidecadal Oscillation). Pour le PDO qui est une expression décennale du ENSO, on observe que lʼaugmentation des températures de surface au Nord de la côte ouest des Etats- Unis (PDO positif) se manifeste sur lʼensemble du continent Nord Américain par le développement de crêtes de haute pression (anticyclones) qui bloquent la circulation des masses dʼair et provoquent lʼassèchement de la végétation, favorisant lʼéclosion de grands feux de forêts (Johnson & Wowchuk, 1993; Kasischke &Turetsky, 2006; Skinner et al., 2002; Skinner et al., 2006). En ce qui concerne le AMO qui exprime des oscillations de températures de surface dans lʼatlantique, les effets sont beaucoup plus contrastés (Skinner et al., 2006), mais les périodes chaudes du AMO sont généralement associées à une forte diminution des précipitations (Enfield et al., 2001) provoquant aussi des grands feux de forêt (Le Goff et al., 2007). Des facteurs locaux comme le contexte géomorphologique ainsi que la structure et la composition de la végétation peuvent interférer dans l'émergence, la propagation et la sévérité des feux (Bergeron, 1991; Gavin et al., 2006; Mansuy et al., 2010; Terrier et al., 2013). Les feux se propagent plus difficilement dans des forêts composées de feuillus (Hély, 2000) et dans des paysages morcelés par des brises-feu naturels tels que les lacs et les tourbières (Bergeron, 1991; Cyr et al., 2007). En conséquence, prédire les variations du risque de feu en fréquence, sévérité et taille est un défi majeur qui nécessite la mise en place dʼapproches pluridisciplinaires permettant de dresser un panorama des incendies de forêts à différentes échelles dʼespace et de temps. Jʼai opté pour une exploration des interactions entre le climat, les incendies et les dynamiques de végétation au cours de lʼholocène (depuis ans). Je considère que la reconstruction du fonctionnement des paléo-écosystèmes est fondamentale pour mieux identifier les trajectoires écologiques amorcées par les changements climatiques en cours. De ce fait, mon travail de recherche est fondé sur lʼanalyse de divers proxies (charbons de bois, macrorestes végétaux et pollen), piégés dans des sédiments lacustres et tourbeux pour répondre aux questions suivantes : - Le risque de feu a-t-il varié au cours du temps au sein de la forêt boréale? Si tel est le cas quels sont les facteurs présidant à ces variations? - Quel est et sera le niveau de résilience de la forêt boréale face à lʼeffet cumulatif des perturbations naturelles et des perturbations liées aux activités humaines? Autrement dit, y a tʻil un risque que dans les prochaines décennies, les principaux processus écologiques qui régissent le fonctionnement de la forêt boréale (régime de feu, cycle du carbone et dynamique de végétation) soient altérés (voire remplacés par dʼautres)? - Est-il possible de contrôler et de diminuer le risque de feu dans les prochaines décennies? Pour répondre à ces interrogations, mes travaux de recherche couplent des explorations méthodologiques à des travaux de calibration et de modélisation du climat. À ce jour, ma zone dʼétude sʼétend du Québec au Manitoba entre les 48 ème et 53 ème degrés de latitude nord. Ce gradient latitudinal présente une grande diversité de paysages régis par des conditions climatiques variables, permettant dʼexplorer une large gamme de processus 22

23 écologiques qui ont contrôlé et contrôlent le fonctionnement de la forêt boréale. Lʼensemble du territoire étudié appartient aux domaines bioclimatiques de la forêt boréale coniférienne et de la forêt boréale mixte. La forêt boréale coniférienne se situe au nord du 49 N et correspond à une unité écologique dominée par lʼépinette noire (Picea marianna) avec un sous-bois tapissé de mousses ou/et de lichens. Les pessières à lichens dominent les écosystèmes qui se situent au-delà du 51 N. La forêt boréale mixte (au sud du 49 N) est dominée par des peuplements de sapin baumier (Abies balsamea), dʼépinette noire, dʼépinette blanche (Picea glauca), de cèdre (Thuya occidentalis), de bouleau à papier (Betula papyrifera), et de peuplier faux-tremble (Populus tremuloides). Sur des sols xériques (sableux), les pessières et les sapinières sont généralement remplacées par des peuplements monospécifiques de pin gris (Pinus banksiana). La synthèse de mes travaux de recherche sʼarticule autour de trois grands volets. Un premier volet est consacré à mes travaux de recherche méthodologique dont l'objectif est dʼoptimiser les reconstructions des paléo-incendies via lʼanalyse de charbons de bois extraits de sédiments lacustres (cf. 2.2). Le deuxième volet présente les interactions que nous avons mises en évidence entre les oscillations du climat et les activités de feu au sein de la forêt boréale (2.3). Le dernier volet est consacré aux travaux mettant en lumière des modifications de la végétation au cours du temps (cf. 2.4) Du charbon de bois aux paléo-incendies Doit-on utiliser le nombre, la surface ou le volume des charbons de bois pour reconstruire les paléo-incendies? (Ali et al. 2009, QR). Depuis les travaux essentiellement menés par James S. Clark dans les années 90 (Clark, 1990; Clark & Hussey; 1996; Clark et al., 1998), les charbons de bois emprisonnés dans les sédiments lacustres sont abondamment utilisés pour reconstruire les paléo-incendies. Lʼanalyse des charbons, combinés à dʼautre types de proxies permettent de discuter des interactions entre le climat, les feux et les dynamiques de végétation (Clark and Royall, 1995; Overpeck et al., 199; Higuera et al., 2009; Carcaillet et al., 2010), ainsi que de la contribution des biomasses brûlées dans le cycle global du carbone (Pitkänen et al., 1999; Carcaillet et al., 2002; Bremond et al., 2010). Deux approches sont communément utilisées pour quantifier les charbons de bois lacustres. La première est fondée sur lʼobservation de microcharbons de bois (< 75 µm) sur des lames polliniques et le second correspond à un tamisage des sédiments via un tamis ayant une maille > 150 µm (méso-charbons de bois). Le second type de quantification (Encadré 1) permet de retracer les évènements de feu qui se sont produits localement, cʼest-à-dire de 0 à 3 kilomètres à partir des points dʼéchantillonnage (Higuera et al., 2011; Higuera et al., 2007). Dans les deux types dʼapproche, les charbons de bois sont quantifiés soit par leur nombre (Gavin et al., 2006; Long et al., 1998) soit par leur surface (Ali et al., 2009a; Carcaillet et al., 2001; Lynch et al., 2004). Weng (2005) a établi une équation qui permet de faire une approximation du volume à partir de la surface. Il suggère que cette nouvelle approche serait moins influencée par la fragmentation des charbons de bois qui tendrait à biaiser les reconstructions des paléo-feux. Jusqu'alors, aucune étude ne sʼétait véritablement intéressée à la fiabilité des différentes approches (nombre, surface et volume) et aux disparités potentielles des résultats obtenus. Ce type de comparaison est une approche méthodologique fondamentale pour valider les reconstructions globales (échelle transcontinentale) sur des activités de feu menées à partir de divers modes de quantifications des charbons de bois (Carcaillet et al., 2002; Marlon et al., 2008; Power et al., 2008). Pour tester la variabilité des historiques de feux associée au mode de quantification des charbons de bois, jʼai réalisé sur deux sites (lac profond =LPR et le lac Raynald = LR) des reconstructions de la fréquence des feux fondées sur le nombre, la 23

24 surface et le volume des charbons de bois. Les résultats indiquent que malgré des différences notables dans les fréquences de feux, les trois modes de quantification donnent des historiques de feux (patron des intervalles entre les feux) comparables (Fig. 1). Ce résultat indique quʼil est donc possible de dresser des reconstructions synthétiques sur les paléo-incendies fondées sur différents types de quantification des charbons bois. Encadré 1. Reconstruction des paléoincendies : du terrain au laboratoire Échantillonnage et quantification des charbons de bois Les sédiments lacustres sont prélevés lʼhiver via deux carottiers : Livingstone et le Kajak- Bringkhurst (KB). Le premier type de carottier permet de récupérer les sédiments compacts et solides se trouvant à plus de 1m de profondeur. Le second permet de récupérer les sédiments fluides qui sont à lʼinterface eau - sédiments. Les séquences sédimentaires sont par la suite découpées tous les centimètres (1cm) ou demi-centimètre (0,5 cm). On récupère 1 cm 3 par souséchantillon qui est tamisé à lʼeau dans un tamis de 150 µm. Les charbons se trouvant dans les résidus de tamis sont mesurés et comptés à l'aide d'une loupe binoculaire connectée à une caméra numérique et un logiciel dʼanalyse dʼimage. Les concentrations de charbons obtenues (mm 2. cm -3 ou #. cm -3 ) sont transformées en influx (CHAR= Charcoal Accumulation Rate ; mm 2. cm -3. an -1 ) après lʼobtention dʼune chronologie fondée sur les datations radiométriques ( 14 C essentiellement) réalisées sur des macrorestes végétaux de préférence. Analyses statistiques et traitement des données Les séries de CHAR sont décomposées en : (1) particules qui se sont accumulées pendant des épisodes de feu survenus à proximité du lac (CHAR peak = événement de feu; signal à haute fréquence) et en (2) particules accumulées au cours de périodes sans feu à proximité du lac (CHAR background ; bruit de fond; signal à basse fréquence). Le bruit de fond reflète le transport éventuel à longue distance des charbons de bois, des changements dans la composition végétale (ou lʼaccumulation du combustible), le dépôt de charbons bois issus dʼanciens feux (Whitlock and Anderson, 2003), le mélange de sédiments (Higuera et al. 2007) ou des changements dans lʼintensité et/ou sévérité du feu (Gavin et al. 2006). Les CHAR background sont modélisés et soustraits des CHAR séries à partir dʼune fonction de type Robust LOWESS (Locally Weighted Regression and Smoothing Scatter plots) par exemple, avec des fenêtres temporelles allant de ans. Les CHAR peak ainsi obtenus sont composés de deux sous-populations gaussiennes: (1) C noise, qui reflète la variabilité due à lʼéchantillonnage des sites, du bruit inhérent aux analyses statistiques et la partie du bruit de fond qui nʼaurait pas été enlevée à lʼétape précédente; et (2) C fire, qui représente lʼoccurrence dʼun ou de plusieurs feux locaux (e.g. Gavin et al. 2006; Higuera et al. 2007). La composante C fire a été séparée de C noise en appliquant un seuil correspondant au 99 percentile de la distribution de C noise. Le choix des fenêtres de déplacement pour la modélisation des CHAR background a été dicté par lʼapproche permettant de modéliser et séparer aux mieux les CHAR peak et CHAR background et les deux sous populations gaussiennes de CHAR peak (Kelly et al., 2011).Les analyses ont été faites à lʼaide du logiciel CharAnalysis

25 Figure 1. (A) Séries de charbons de bois du lac Profond (LPR) et du lac Raynald (LR). La trame grise correspond aux séries interpolées à taux de sédimentation constant (C interpolated ; 15 ans). La courbe en noir correspond au bruit de fond (C background ). Les «+» correspondent aux évènements de feux reconstruits. (B) Les cercles correspondent aux intervalles entre deux feux consécutifs (FFI) et la courbe en noir illustre un lissage des données via un LOWESS avec une fenêtre temporelle de 1000 ans Comment reconstruire la taille des feux dans le passé? (Ali, et al., 2012, PNAS) Les reconstructions sur les paléo-incendies permettent de retracer la fréquence des feux et les fluctuations de la biomasse brûlée au cours du temps. La taille des feux est un attribut physique important des incendies et représente un facteur clé pour comprendre lʼincidence à long terme des incendies sur les dynamiques de végétation. Les analyses communément employées jusquʼà maintenant sur les séries de charbons de bois ne permettaient pas de quantifier la fluctuation de la taille des feux au cours du temps. Nous avons donc développé une nouvelle approche permettant de retracer les fluctuations de la taille des feux durant les 7000 dernières années dans la forêt boréale coniférienne. Cette nouvelle approche combine 25

26 la quantité de biomasse brûlée et la fréquence des feux au niveau régional (Encadré 2). Les données montrent une augmentation graduelle de la taille des feux au cours du temps (Ali et al. 2012). Ces résultats ont été comparés avec les données de reconstruction climatique dans le but de tester l'hypothèse selon laquelle il existe une relation directe entre la dynamique du climat à long terme et les fluctuations de la taille des feux. Cette nouvelle approche ouvre de nouveaux horizons dans la compréhension des processus liant le climat et le régime des feux. Cette partie des résultats sera discutée dans la prochaine section du mémoire (cf. 2.3). Encadré 2. Reconstruction de la taille des feux Il est maintenant possible de reconstruire à lʼéchelle régionale la fréquence des feux (RegFF) en combinant les évènements de feu de plusieurs sites (Hély et al., 2010). Il en est de même pour la biomasse brûlée (RegBB). Les fluctuations de la quantité moyenne de biomasse brûlée au cours du temps est étroitement liée à la fréquence et la taille des feux. En partant de ce postulat, nous avons utilisé le ratio entre RegBB et RegFF pour caractériser les changements de la taille des feux au cours du temps. FS index = RegBB/RegFF (pour lʼéquation complète cf Ali, et al., 2012). Les valeurs du FS index <1 illustrent une biomasse brûlée associée à un grand nombre de petits feux et vice versa. Le FS index doit être considéré pour la caractérisation à long terme de la taille des feux et non pas pour déterminer la taille individuelle des feux Oscillations climatiques et changements dans le régime des feux (projet CLIMAFEUX). En 2007 durant mon post-doc au sein de la Chaire AFD (Aménagement forestier Durable; directeur Yves Bergeron), jʼai initié le projet CLIMAFEUX (Conséquence du changement CLIMAtique sur le régime des FEUX au sud de la Baie James). Ce projet fut financé par 61 ème commission permanente de coopération Franco-Québécoise ( ). Le principal objectif de ce projet est de mettre en lumière les interactions pluriséculaires entre le climat et le régime de feu au sein de la forêt boréale, avec donc comme hypothèse de base que le climat est à lʼorigine des principales modifications du régime des feux au cours de lʼholocène. Cʼest durant cette période que jʼai fait la connaissance de Christelle Hély (CR CNRS au CEREGE puis aujourdʼhui Directeur dʼetude à lʼephe au CBAE) et Martin Girardin (Chercheur, Service Canadien des Forêts). Je leur ai proposé de rejoindre notre consortium autour de cette problématique. Le projet CLIMAFEUX fut relayé en 2010 par le projet BOREOFIRE financé par lʼinsu au travers de lʼappel dʼoffre Paleo2 ( ). Les premiers travaux sur les paléo-incendies au sud de la Baie James (Québec) fondés sur une approche à haute résolution temporelle des évènements de feu furent initiés par Christopher Carcaillet (Carcaillet et al., 2001). La principale conclusion de cette étude est que durant les 7000 dernières années, les feux étaient plus fréquents vers la fin de lʼholocène, plus précisément après cal. BP. Malgré une augmentation globale des précipitations (Néoglaciaire), les étés étaient plus secs car les précipitations se concentraient durant la période hivernale. Sur la base de ces résultats, jʼai entrepris lʼanalyse de 4 séquences lacustres se trouvant le long de la rivière Harricana, zone caractérisée par des pessières à mousses (Ali et al., 2009b). Les résultats obtenus mettent en avant un historique des feux différent de celui mis en évidence par Carcaillet et al.( 2001). Ils montrent 26

27 que la fin de lʼholocène était au contraire moins favorable à lʼéclosion des feux de forêt. Autrement dit, durant les 3000 dernières années, le climat qui est devenu plus froid et plus humide (Néoglaciaire), a provoqué une diminution de la fréquence des feux au sein de la forêt boréale coniférienne. La différence dans la conclusion de nos travaux a pu trouver une explication via la reconstruction des fluctuations de la longueur de la saison de feu au cours du temps (voir paragraphe suivant). Une explication par la modélisation du climat (Hély, al. 2010, GRL) En parallèle à mes travaux de reconstructions sur les paléo-incendies, nous avons entrepris avec Christelle Hély et Martin Girardin des reconstructions de la fluctuation des épisodes de sècheresse et de la longueur de la saison de feu au cours du temps. Dans cette optique, nous avons utilisé un des composants de lʼindice forêt météo (IFM), le «Drought Code (DC)». Le DC est à la fois un bon estimateur des périodes sèches (saison de feu) au cours des étés (Girardin et al., 2004), et bien corrélé aux surfaces brûlées annuellement (Bergeron et al., 2010). Les paléo-dc furent calculés via des simulations de températures et de précipitations obtenues par le modèle climatique (GCM) UGAMP (UK Universities Global Atmospheric Modelling Programme ; (Hall & Valdes, 1997). Nous avons défini la saison de feu comme la période au cours de laquelle le DC était supérieur à 80 unités, et la période à risque extrême lorsque le DC était supérieur à 160 unités. Les données obtenues montrent que la longueur de la saison de feux a fortement diminué à partir de 3000 cal. BP (Fig. 2cd). Figure 2. (A) Changements au cours de lʼholocène de la fréquence régionale des feux (RegFF), MAG1 = pic de charbons de bois de hautes amplitudes; MAG2= pic de charbons de bois de petites amplitudes. (B) Anomalies moyennes mensuelles de lʼindice quotidien de sècheresse (DC) par rapport à lʼactuel. (C) Variations de la longueur de la saison de feu (DC> 80) et des conditions extrêmes (DC > 160). (D) Anomalies de la longueur de la saison de feu. 27

28 Cette diminution de la longueur de la saison de feu est corrélée à la diminution graduelle de lʼinsolation estivale (juillet et août) et à lʼaugmentation des précipitations annuelles (Hély et al., 2010). Donc, à lʼéchelle des 7000 dernières années, au sein de la pessière à mousses du Québec, les conditions climatiques sont devenues graduellement défavorables à lʼoccurrence des feux. Une des conclusions de cette comparaison modèle-paléo-données est que lʼaugmentation actuelle des températures pourrait se traduire par lʼétablissement de conditions plus favorables à lʼéclosion des feux, comme durant la période cal. BP. La différence entre les conclusions de nos travaux et ceux de Carcaillet et al. (2001), réside dans le fait que leur résultats ont été fondés sur des sites se trouvant à la fois dans la zone boréale coniférienne et la forêt boréale mixte. Nous verrons par la suite que les deux zones de végétation nʼont pas la même histoire des feux au cours de lʼholocène. Des printemps plus chauds et des feux de plus grandes tailles (Ali et al. 2012, PNAS) Nous avons vu précédemment quʼil est maintenant possible de retracer les variations de la taille des feux dans le passé (FS index). Cette nouvelle approche méthodologique permet de mieux circonscrire le régime des feux et les interactions avec le climat. Les résultats indiquent que dans la pessière à mousse du Québec, les feux sont devenus moins fréquents, mais de plus grand taille (FS index > 1; Fig. 3). En effet, depuis 5000 cal. BP, on enregistre une augmentation graduelle de la taille des feux. Dans les forêts boréales de lʼamérique du nord, les épisodes de grands feux sont le résultat de printemps chauds qui sont suivis par des étés secs (Balshi et al., 2009; Turetsky et al., 2011). Par conséquent, des changements des conditions estivales et printanières ont pu, dans le passé, moduler la taille des feux. Partant de cette hypothèse, nous avons confronté les résultats du FS index aux données paléo-climatiques issues de UGAMP. Les résultats montrent que lʼaugmentation de la taille des feux enregistrée est fortement corrélée aux températures du printemps (avril, mai, juin), qui sont elles-mêmes contrôlées par lʼinsolation du mois de mars. Les printemps, devenus de plus en plus chauds, auraient favorisé le développement de grands feux, même si les conditions climatiques sont devenues globalement défavorables à leur éclosion (RegFF et RegBBB). Pour valider cette hypothèse, nous avons examiné dans notre zone dʼétude les variations actuelles de la taille des feux pour la période en lien avec les températures moyennes mensuelles. Les données montrent que la taille moyenne des feux durant le début de la saison de feux (avril, mai, juin) est très fortement corrélée à la température du mois de juin. On enregistre ainsi un triplement de la taille des feux pour un accroissement de la température de 1 C (Ali et al., 2012). Autrement dit les conditions climatiques du printemps modulent fortement la taille des feux tout au long de la saison de feux. Dʼautres facteurs ont pu favoriser le développement de grands feux vers la fin de lʼholocène. En effet, une diminution dans la fréquence des feux après 4000 cal. BP. aurait pu favoriser lʼaccumulation de combustible au sol et la connectivité entre les massifs forestiers, et donc accroître le développement de grands feux. Cependant, cette hypothèse reste à tester sachant que dans la zone coniférienne lʼéclosion des feux semble être indépendante de lʼâge des forêts et de la charge en combustible au sol (Fauria and Johnson, 2008). Néanmoins, les enregistrements polliniques indiquent une augmentation des grains de pollen des conifères inflammables (Picea mariana & Pinus banksiana) vers la fin de lʼholocène (Carcaillet et al., 2010; Genries et al., 2012). Cette éventuelle densification de la végétation en épinette noire et en pin gris, aurait pu contribuer au développement de grands feux. Ces hypothèses, impliquant la végétation dans les fluctuations de la taille des feux, doivent être testées via des études paléo-écologiques permettant de retracer la structuration de la végétation au cours du temps. 28

29 Figure 3. (A) Variation de la biomasse brûlée (RegBB) fondée sur lʼanalyse des influx totaux de charbons de bois. La courbe noire correspond à un lissage via un LOWESS avec une fenêtre temporelle de 500 ans. La bande jaune correspond à lʼintervalle de confiance (bootstrap) à 90 %. La ligne rouge correspond à la valeur médiane à lʼéchelle des 7000 ans. Les changements de biomasse brûlée ont été caractérisés par des box-plots tous les 1000 ans, couplés à des tests de rang de Wilcoxon. (B). Fluctuation de la fréquence des feux (RegFF) à partir des enregistrements à haute fréquence (CHARpeak) des influx totaux de charbons de bois. (C) Fluctuation de la taille des feux (FS index) fondée sur le ratio RegBB/RegFF qui illustre un passage graduel de feux fréquents de petite taille vers des feux peu fréquents mais de plus grande taille. Les lignes en noir, rouge et pourpre représentent les variations du FS index avec une fenêtre temporelle de 200, 500, et 1000 ans respectivement. (D) Variation de la valeur médiane des CHARpeak (PEAK MED ) avec une fenêtre temporelle de 500 ans. PEAK MED peut être également utilisé pour retracer la taille des feux. La ligne rouge correspond à la médiane à lʼéchelle des 7000 ans. (E) Variation de la longueur de la saison de feux fondée sur le nombre de jours simulé durant un mois donné où le DC (Drought Code) dépasse la valeur seuil de 80. (F) Fluctuations des précipitations simulées via le GCM UGAMP. (G) Fluctuation de lʼinsolation (45 N) au cours du temps. (H) Fluctuations des températures terrestres simulées via le GCM UGAMP. Le rôle des facteurs locaux sur l'éclosion et la propagation des feux (Sénéci et al. 2013, JOE). Le climat est le principal facteur qui contrôle la dynamique régionale des feux forêts (Bessie & Johnson, 1995; Ryan, 2002). Cependant, des facteurs locaux peuvent et ont pu interférer significativement sur la fréquence des feux contemporains et anciens. Dans la forêt boréale mixte du sud de lʼontario, nous avons mis en évidence le rôle majeur joué par le contexte géomorphologique des sites (Senici et al., 2013). En effet, nous avons constaté que deux sites très proches (50 km de distance) présentaient des historiques de feux différents (Fig.4 & 5). Ben Lake (médiane Fire Return Interval (FRI) = 140 ans), site localisé sur substrat 29

30 xérique, semble plus favorable à lʼéclosion et à la propagation des feux que Small Lake (médiane FRI = 170 ans), site sur substrat mésique. La présence dans le paysage de Small Lake de grands lacs qui agissent comme brise-feu ont du probablement limiter localement lʼéclosion et la propagation des incendies. Le poids des facteurs locaux tels que le type de sols, le contexte géomorphologique et la qualité du combustible est donc à prendre en considération dans la caractérisation et la gestion du risque de feu au sein de la forêt boréale (Gavin et al., 2006; Ali et al., 2009b; Genries et al., 2012; Mansuy et al., 2010) Figure 4. Variation de lʼintervalle entre les feux des lacs Ben et Small. Les symboles (triangle et cercle) correspondent aux événements de feux (dʼaprès Sénéci et al. 2013) Figure 5. Résultat de lʼanalyse bivariée K-Ripley montrant lʼindépendance des événements de feu entre les Lacs Small et BEN (Sénéci et al. 2013) 30

31 Encadré 3. A retenir sur les interactions entre le climat et les feux Nos travaux mettent en évidence quʼau sein de la forêt boréale du Canada, les variations du régime des feux (fréquence, biomasse brûlée et taille) sont gouvernées principalement par des changements climatiques. Des facteurs locaux tels que le contexte géomorphologique peuvent également interférer sur la fréquence des feux. Au sein de la pessière à mousses, la fréquence des feux et la quantité de biomasse brûlée furent controlées par lʼinsolation estivale et la taille des feux par les conditions climatiques durant le printemps (Fig. 6). Les feux étaient plus fréquents durant le milieu de lʼholocène ( cal. BP), période au cours de laquelle le climat était plus chaud et plus sec comparativement à la fin de lʼholocène (Ali et al., 2009b). Le Néoglaciaire (plus froid et plus humide) a provoqué une diminution de la fréquence des feux. Cependant, lʼaugmentation des températures printannières a favorisé le dévelopement des feux de plus grande taille (Ali et al., 2012). Le réchauffement global en cours devrait favoriser le développement des épisodes de sèchèresse et donc lʼoccurence des feux. Les modifications du régime des feux qui se profilent devraient rester dans la gamme de variabilité naturelle observée à lʼéchelle des 7000 dernières années (Bergeron et al., 2010; Girardin et al., 2012). Néanmoins, il est important de souligner que la structuration actuelle de la végétation, constituée de paysages hétérogènes et très morcellés par les activités anthropiques, est différente de celle enregistrée par le passé. La forêt boréale dans son état actuel pourra tʼelle résister au doublement attendu de la fréquence des feux? Figure 6. Schéma résumant les interactions entre le climat et le régime des feux au sein de la forêt boréale coniférienne (RegFF, RegBB et Fs index ; Ali et al., 2012). 31

32 2.4. Résilience de la forêt boréale face aux incendies et aux activités anthropiques (projet RESILIENCE) RESILIENCE est un projet interdisciplinaire visant à retracer les interactions entre les perturbations (naturelles et anthropiques) et les dynamiques de végétation au sein de la forêt boréale. Depuis 2007, ce projet a été soutenu financièrement (Tableau 2) par le Fond Québécois pour la Recherche et les Nouvelles Technologies (FQRNT) et le Conseil de Recherches en Sciences naturelles et en Génie du Canada (CRSNG). Le dernier financement a été obtenu en 2013 ( $ canadien) pour une durée de 3 ans. Yves Bergeron est le responsable du consortium dans lequel je pilote les travaux menés dans le domaine de la Paléoécologie. Un des objectifs du projet RESILIENCE est de réévaluer la position de la limite forestière commerciale au regard des changements climatiques en cours. Les territoires situés à la limite nordique de la forêt commerciale (51 N) renferment des milieux très diversifiés sur le plan géomorphologique et dans la composition et la structuration de la forêt. Des politiques socio-économiques militent en faveur dʼune extension vers le nord de la forêt commerciale, alors que les organismes environnementaux (WWF et Greenpeace) vont dans le sens dʼun repositionnement de la limite plus au sud. Dans la zone de la limite de la forêt commerciale, lʼimpact au cours du temps des changements climatiques sur le régime des feux et les conséquences sur la composition et la structuration de la forêt a été jusquʼà présent peu étudié. La limite nordique des forêts commerciales a été positionnée aux alentours du 51 N suite aux recommandations d'un comité scientifique. Cette limite a été déterminée selon quatre critères : le maintien de la biodiversité, les contraintes du milieu physique, la productivité des sites et du territoire, et enfin, la fréquence des feux de forêts (Ministère des ressources naturelles Québec, 2000). Le manque de données et lʼincertitude suscitent des interrogations de la part des compagnies forestières opérant près de la limite nordique de la forêt commerciale, mais aussi des scientifiques, et alimentent notre problématique : «Dans un contexte de réchauffement climatique, de quelle manière va évoluer la fréquence des feux dans la zone de la limite nordique dʼexploitation forestière? Et de quelle manière la localisation de la limite nordique des forêts commerciales en sera influencée? De nos jours l'ouverture progressive du couvert forestier observée dans les pessières du nord (au-delà du 51 N) souligne une certaine fragilité des écosystèmes (Asselin & Payette, 2005; Girard et al., 2008; Girard et al., 2009). Nous émettons comme hypothèse que le cumul des perturbations naturelles et anthropiques risque dʼimpacter la résilience des écosystèmes forestiers dans les zones exploitées, en réduisant notamment leur capacité à se régénérer après des perturbations. Il est donc important de pouvoir caractériser la variabilité naturelle des feux dans les zones limitrophes de la pessière à mousses afin dʼadapter durant les prochaines décennies les modes dʼexploitation forestière. Dans ce contexte de développement durable, jʼai donc mis en place deux projets de Thèse (Encadré 4) dont lʼobjectif principal est de caractériser durant lʼholocène les variations de la végétation (composition et structure) et le régime des feux aux abords de la limite forestière commerciale du centre et de la côte nord du Québec. Tableau 2. Synthèse des financements du projet RESILIENCE Période de financement Organismes Sommes allouées FQRNT- équipe $ CRSNG $ CRSNG $ 32

33 Encadré 4. Québec Résilience des forêts à la limite de la forêt commerciale au Thèse de Doctorat de France Oris ( ) Université du Québec en Abitibi- Témiscamingue (encadrants: Adam Ali, Hugo Asselin et Yves Bergeron) Problématique: caractériser les dynamiques de végétation en réponse aux changements climatiques et aux régimes de perturbation par le feu durant les 7000 dernières années au sud de la Baie-James entre Chibougamau et Radisson Méthodes: analyses polliniques et de micro-charbons de bois préservés dans des sites lacustres. Les données sur le paléoclimat et les épisodes de sècheresse provenant des simulations de températures et de précipitations réalisées par le GCM UGAMP (voir Hély et al. 2010). Thèse de Doctorat de Cécile Remy ( ) Co-tutelle, Université du Québec en Abitibi- Témiscamingue et Université Montpellier 2 (encadrants: Adam Ali, Christelle Hély, Martin Lavoie et Yves Bergeron) Problématique: caractériser les dynamiques de végétation en réponse aux changements climatiques et aux régimes de perturbation par le feu au niveau de la côte nord du Québec, entre la Baie-Comeau et Labrador City. Méthodes: analyses polliniques et de micro-charbons de bois préservés dans des sites lacustres. Les données sur le paléoclimat et les épisodes de sècheresse provenant des simulations de températures et de précipitations par les GCMs UGAMP, LOVECLIM ET IPSL. Une approche intégrative des interactions climat-feu-végétation sera menée à l'aide du modèle dynamique LPJ- GUESS-SPIFIRE. Une des finalités de la thèse sera de proposer des scénarios visant à prédire le régime de feux et les dynamiques de végétation pour les prochaines décennies dans la zone dʼétude. Notre projet de caractériser les interactions entre la végétation et les perturbations par le feu est élargi à des zones situées plus au sud, dans la forêt boréale mixte. Lʼobjectif est de dresser un diaporama le plus large possible des activités de feux au sein de la forêt boréale du Canada et de déterminer les conséquences sur la structuration et la diversité des écosystèmes forestiers. Ce projet «forêt boréale mixte» est adossé aux travaux menés par Aurélie Genries (post-doc UQAM), et aux thèses de Doctorat de Samira Ouarmim (UQAT) et Dominic Sénéci (Doctorat Lakehead University), des étudiants que je co-encadre actuellement. Les îlots de la forêt boréale mixte qui ne brûlent jamais ou presque (Thèse de Doctorat de Samira Ouarmim, UQAT) Thèse en cotutelle entre lʼuniversité du Québec en Abitibi-Témiscamingue (directeurs Yves Bergeron et Hugo Asselin) et lʼuniversité de Montpellier 2 (co-directeurs Adam Ali et Christelle Hély). La fréquence et lʼimpact des feux ne sont pas spatialement homogènes dans le paysage forestier. De fait, une mosaïque complexe de peuplements d'âges, de compositions et de structures variables sont mises en place (White & Pickett, 1985; Bergeron & Dansereau, 33

34 1993; Cyr et al., 2009). Les feux ont la particularité de laisser intacte une partie des peuplements forestiers, sous forme dʼarbres groupés en îlots (Gasaway & DuBois, 1985; Hörnberg et al., 1995; Wallenius et al., 2004; Cyr et al., 2005). Ces îlots forestiers (ou skips) par leur composition et la biodiversité quʼils renferment semblent, avoir été épargnés par les feux depuis des siècles, voire même des millénaires (Cyr et al., 2005; Bergeron and Harper, 2009). Nous pensons en fait quʼil existe des îlots qui auraient échappé uniquement au dernier feu (îlots résiduels) et d'autres qui auraient été épargnés par plusieurs perturbations consécutives grâce à des caractéristiques stationnelles favorables (îlots rémanents). La proportion du territoire incendié occupé par ces îlots est bien documentée. Les différentes études rapportent ainsi des valeurs allant de 1 à 25% du territoire incendié (DeLong & Tanner, 1996; Stuart-Smith et al., 1998; DeLong & Kessler, 2000). La surface de ces îlots de végétation est très variable et dépendrait de la surface touchée par le feu. Ainsi, 50 % des feux produiraient des îlots de surface inférieure à 2 ha, et les feux les plus importants (> 1000 ha) seraient à l'origine d'îlots pouvant atteindre les 10 ha (Stuart-Smith et al., 2006). Bien que ces îlots soient de faible surface et ne représentent qu'un faible pourcentage du territoire incendié, on peut supposer qu'ils jouent un rôle majeur dans le fonctionnement à long terme de la matrice perturbée (Gasaway & DuBois, 1985; Gandhi et al., 2001) Les arbres résiduels agissent notamment comme semenciers (Asselin et al., 2001; Kafka et al., 2001) et contribuent à diversifier la structure, la composition et les fonctions du peuplement en régénération. Ces îlots constituent également des refuges pour la faune sauvage en mesure de repeupler le milieu incendié (Gasaway & DuBois, 1985; Gandhi et al., 2001). Ces îlots constituent donc de véritables «micro-hotspots» de biodiversité dont l'histoire des perturbations est probablement différente du reste de la matrice forestière. Les études concernant ces îlots étant très fragmentaires, l'investigation de leurs caractéristiques historiques, physiques et biologiques s'avérait donc nécessaire. La Forêt dʼenseignement et de Recherche du lac de Duparquet, théâtre des opérations de la thèse de S. Ouarmim. La végétation actuelle est caractérisée par des formations dominées par le sapin baumier (Abies balsamea), lʼépinette blanche (Picea glauca), le cèdre occidental (Thuya occidentalis), le bouleau à papier (Betula papyrifera) et le peuplier faux-tremble (Populus tremuloïdes). Abies balsamea, Thuya occidentalis et Picea glauca sont des espèces de fin de succession alors que les deux espèces de feuillus sont des espèces de début de succession. Ces dernières prédominent dans les matrices forestières après une perturbation (Dansereau & Bergeron, 1993; Bergeron et al., 2004). Les îlots résiduels ont été sélectionnés via des cartes éco-forestières. Ils correspondent à des petits peuplements de Thuya occidentalis et de Abies balsamea englobés dans une matrice de Betula papyrifera et de Populus tremuloïdes. Ces îlots ont échappé aux feux de 1923 ou de 1944 selon les cas, incendies qui faisaient suite aux deux grands feux sévères de 1717 et de 1760 (Dansereau & Bergeron, 1993). Pour retracer lʼhistorique de ces îlots, des analyses de macrorestes végétaux et de charbons de bois préservés dans les sols forestiers ont été réalisé. La combustibilité des îlots a été déterminée via lʼutilisation des modèles américains de comportement du feu à lʼéchelle du peuplement (modèle BEHAVE : (Andrews, 1986; Andrews and Bevins, 1999), puis du paysage (modèle FARSITE (Finney and Andrews, 1999) modèle FlamMap : (Finney, 2006)). En l'état actuel des recherches, les données paléoécologiques confirment lʼexistence de deux catégories dʼîlots forestiers (Ouarmim et al., soumis). Les îlots résiduels ont échappé au dernier feu (1944 ou 1923), potentiellement grâce à des conditions métrologiques ponctuelles défavorables à la propagation des feux. Les îlots permanents ont échappé à plusieurs feux consécutifs en raison de conditions environnementales (type de sols et structuration de la végétation) défavorables à lʼéclosion et à la propagation des feux. Les données montrent que les îlots permanents ont pu échapper au feu durant plusieurs millénaires (3000 ans). Les analyses macrofossiles suggèrent que la dynamique végétale au sein de ces îlots permanents (alternances de Larix laricina/picea sp. versus Thuya 34

35 occidentalis/abies balsamea) est essentiellement contrôlée par les variations du niveau de la nappe phréatique (Ouarmim et al. accepté). Lʼassociation Larix lariciana/picea sp. est en effet couramment observée durant les périodes humides. Le développement de Thuya occidentalis/abies balsamea indique une baisse du niveau de la nappe phréatique. Ces deux espèces de fin de succession peuvent se maintenir localement durant plusieurs siècles, continuité écologique qui souligne lʼintérêt de préserver ces îlots qui sont des vieux boisements et donc possèdent généralement une diversité biologique singulière (Hörnberg et al., 1995; Segerström, 1997; Zackrisson, 1977). Une végétation contrainte par les propriétés du sol (Genries et al. 2012, JQS; Sénéci et al., 2013, JOE). Au Nord de lʼontario, nous avons entrepris des travaux visant à déterminer le poids des facteurs locaux tels que le type de sol sur les dynamiques de végétation. Les analyses palynologiques indiquent que le pin blanc (Pinus strobus) fut une espèce prédominante de la forêt boréale mixte entre 8000 et 4000 cal. BP (Genries et al., 2012). Le refroidissement du Néoglaciaire et les perturbations par le feu ont eu pour conséquence une forte régression des populations de pin blanc au profit de lʼépinette noire et du pin gris. Ce dernier est devenu prédominant sur les sols sablonneux et lʼépinette noire sur sols mésiques. Ces données indiquent que même si le climat et les feux contrôlent en grande partie la structuration et les dynamiques de végétation, les propriétés édaphiques peuvent moduler le développement des espèces clés qui composent la forêt boréale. Nous sommes arrivés à la même conclusion avec les travaux conduits par Dominic Sénéci à lʼest du Lac Nipigon (Sénéci et al., 2013). Par ailleurs, ces travaux mettent en évidence que des espèces très adaptées au feu, comme le pin gris et le bouleau à papier peuvent se maintenir localement indépendamment des variations dans la fréquence des feux. Lʼingénierie écologique : un outil pour limiter lʼimpact des feux (Girardin et al. 2013, New Phyto.) Plusieurs travaux mettent en évidence que le fait de moduler la composition et la structure de la forêt peut est une stratégie permettant de minimiser lʼimpact des feux (Hirsch et al., 2004; Krawchuk & Cumming, 2011; Terrier et al., 2013). Le concept de «manipulation» de la végétation, en particulier dans les parties exploitées et aménagées, a commencé par des explorations fondées sur des modèles qui simulent la propagation des feux selon des gradients écologiques (Hirsch et al., 2004; Krawchuk & Cumming, 2011). Néanmoins, modifier la composition et la structuration de la végétation afin de limiter lʼimpact des feux nʼest pas une approche triviale. Une mauvaise «manipulation» peut conduire au développement de trajectoires écologiques indésirables et conduire à l'inverse du résultat escompté, c'est-à-dire à une recrudescence des feux. Les feuillus sont des barrières naturelles, limitant l'occurrence et la propagation des feux. Leur introduction au sein de la forêt boréale coniférienne pourrait donc limiter la propagation et la sévérité des feux, et optimiser la lutte contre les incendies. Une exploration des interactions passées feuxvégétation peut guider les stratégies dʼaménagement et limiter lʼéclosion et la propagation des feux en réponse au changement climatique en cours. Dans cette optique, nous avons engagé des travaux couplant la modélisation de lʼoccurrence des feux au sein de la forêt boréale en fonction de la composition floristique et paysagère des milieux, et des paramètres climatiques (Terrier et al., 2013). Nous avons émis comme hypothèse que la modification de composition de la forêt boréale mixte durant le Néoglaciaire serait à lʼorigine du maintien voire de l'augmentation de la fréquence des feux durant cette période. Pour tester cette hypothèse nous avons incorporé dans un modèle de simulation de l'occurrence des feux (Terrier et al., 2013), les données paléo-climatiques issues de UGAMP et les données polliniques issues de lʼanalyse sédimentaire de plusieurs lacs de notre région dʼétude. Les 35

36 résultats indiquent que pour la zone coniférienne le Néoglaciaire a eu pour conséquence une diminution de 20 % de la fréquence des feux comparativement à la période cal. BP. Cette valeur est proche des 25 % de diminution enregistrés par l'analyse des charbons de bois lacustres (Fig. 7a). Par opposition, le modèle indiquait une fréquence de feux relativement stable pour la zone mixte tout au long de lʼholocène. Ce résultat est en parfaite adéquation avec ceux obtenus par lʼanalyse des charbons de bois (Fig.7b). Cette stabilité dans l'occurrence des feux dans la zone mixte semble due au changement dans la composition de la végétation. En effet, la progression des conifères inflammables (Picea et Pinus banksiana) dans les matrices de végétation a permis de maintenir une fréquence des feux élevée dans la zone mixte, malgré lʼétablissement de conditions climatiques globalement défavorables pour lʼoccurrence des feux. Cette augmentation des conifères réputés pour leur inflammabilité sʼest faite au détriment des feuillus (Betula sp., Alnus incana et Populus tremuloïdes). Le modèle montre clairement quʼen lʼabsence de changement dans la composition de la végétation, on aurait enregistré une diminution de la fréquence des feux après 2000 cal. BP, tout comme dans la zone coniférienne (Girardin et al., 2013). Figure 7. (a, b) variations de la fréquence des feux dans la zone coniférienne (Northern fire frequency) et mixte (Southern fire frequency). (c) Variation de lʼinsolation estivale au niveau du 45 N (dʼaprès Berger et Loutre, 1991). (d) Valeurs médianes de la sévérité du DC saisonnier obtenues à partir de données climatiques simulées via le modèle HadCM3. (e) Index dʼenrichissement en conifères fondé sur la proportion moyenne de pollen de Picea et de Pinus banksiana enregistrée dans les séquences polliniques. La barre horizontale rouge matérialise une différence significative dans la proportion de conifère entre les sites de la zone mixte et coniférienne. Cet index traduit lʼinflammabilité des milieux. Une plus grande proportion de conifères dans les forêts facilite lʼéclosion et la propagation des feux. (Dʼaprès Girardin et al. 2013) En utilisant un ensemble de modèles et de scénarios de simulations de lʼoccurrence des feux et des aires brûlées pour la période , on anticipe pour la zone boréale coniférienne une augmentation de la fréquence des feux comparable à la tendance enregistrée pour la période cal. BP (Girardin et al., 2013). L'introduction de feuillus dans les matrices de végétation, permettrait de réduire de moitié lʼoccurrence des feux (Girardin et al., 2013). 36

37 Encadré 5. A retenir sur les interactions entre les feux et la végétation Lʼanalyse des interactions feux-végétation au cours de lʼholocène montre que la forêt boréale coniférienne est globalement stable en terme de composition malgré les modifications dans la fréquence des feux (Carcaillet et al., 2010). Lʼépinette noire est restée lʼespèce dominante de la pessière à mousses durant les 7000 dernières années (Fig. 8a). Cette stabilité apparente souligne une certaine résilience de la pessière à mousses que nous pourrons mieux appréhender sur le plan structurel à partir des travaux de Thèse de Doctorat de France Oris et de Cécile Rémy. Par opposition, dans la zone boréale mixte, on observe régionalement des modifications de la végétation (Carcaillet et al., 2001 ; Genries et al., 2012), avec comme fait remarquable une progression des conifères (Picea sp. et Pinus banksiana) plus inflammables que les feuillus dans les matrices forestières (Fig.8b). Cette modification de la végétation est à priori associée à l'établissement de conditions plus froides et plus humides à partir de 4000 cal. BP (Néoglaciaire). Cette modification de la végétation a permis le maintien dʼun niveau élevé de perturbations par le feu (Fig. 8b), comparativement à la zone coniférienne où une diminution de la fréquence des feux est enregistrée. Enfin, sur la base de notre expérience en matière d'histoire de la dynamique des interactions feu - végétation, nous pouvons envisager d'orienter nos recherches dans le domaine "recherche et action", en particulier recourir à la sylviculture dans le but de réduire significativement l'occurrence des feux. En effet, l'opération consistant à introduire des feuillus dans la forêt boréale coniférienne devrait diminuer l'inflammabilité de la forêt boréale coniférienne, et limiter lʼéclosion et le développement des grands feux de forêt (Girardin et al. 2013). Figure 8. Fréquence des feux simulée au cours de lʼholocène dans la zone coniférienne (a) et mixte (b) à partir des données climatiques simulées via le modéle HadCM3 et en fonction des changements de végétation enregistrés dans les données polliniques (Girardin et al. 2013). Lʼaugmentation en conifères inflammables dans les matrices forestières de la forêt boréale mixte a permis de minimiser lʼimpact du Néoglaciaire sur lʼoccurencee des feux. 37

38 3 - Programme de recherche : macro-écologie de la dynamique chronologique des interactions climat-feu-végétation. Le bilan de mes travaux de recherche sur le fonctionnement à long terme de la forêt boréale Nord Américaine souligne le poids des changements climatiques sur le régime des feux et les conséquences sur les dynamiques de végétation. Ces résultats sont le fruit dʼétroites collaborations avec divers groupements de recherche au Canada et la participation de nombreux étudiants à la Maîtrise/Master (Ahmed El Guellab et Aurore Lucas) au Doctorat (France Oris, Dominic Sénéci, Samira Ouarmim et Cécile Remy) et en post-doc (Aurélie Genries et Verushka Valsecchi) (Fig.9). Figure 9. Répartition des zones dʼétudes au sein de la forêt boréale mixte et coniférienne selon les différents étudiants que jʼai co-encadrés jusquʼà aujourdʼhui. A différents niveaux de résolution spatio-temporels, mes recherches visent donc à comprendre et à modéliser les processus responsables des changements et/ou du maintien de milieux (ou d'écosystèmes) de la forêt boréale dont le rôle, le fonctionnement, l'exploitation et la pérennité constituent des enjeux environnementaux et socio-économiques majeurs. Il s'agira dans mon programme de recherche de produire et d'intégrer des données multi-échelles (dans l'espace et dans le temps) concernant les processus écologiques, biologiques et physiques dans des environnements variés présentant une grande variabilité 38

39 dans le régime des feux (fréquence, sévérité et taille). Ma démarche se positionne également dans une perspective d'ingénierie écologique avec pour principal objectif dʼorienter les prises de décision dans la gestion, la préservation, la conservation, et la restauration dʼécosystèmes forestiers potentiellement vulnérables. Lʼétude des interactions Climat-Feu-Végétation (CFV) sera donc au centre de mes travaux de recherche futurs avec (1) de nouveaux territoires dʼétude, (2) de nouvelles explorations méthodologiques, et (3) des approches intégratives pour mieux caractériser le fonctionnement de la forêt boréale. Durant les 10 prochaines années jʼenvisage de travailler surtout au niveau de la partie ouest de la forêt boréale du Canada, entre lʼontario et les Territoires du nordouest (Fig.9). Les études paléo-écologiques sont quasi-inexistantes dans cette zone de la forêt boréale. Ce développement vers lʼouest de mes travaux permettra de mieux circonscrire lʼincidence du climat sur le régime des feux à lʼéchelle continentale avec notamment la caractérisation de lʼimpact des masses dʼair provenant du Pacifique. Mon projet de recherche sʼarticule autour de 2 axes complémentaires permettant de développer une approche plus intégrative des processus écologiques structurant les interactions entre le climat, les activités de feu et les dynamiques de végétation au cours du temps. AXE 1. Approches multi-proxy des variations climatiques, du régime des feux et des dynamiques de végétation. Le principal objectif de cet axe de recherche sera de développer des approches qui me permettront de quantifier la variabilité naturelle des activités de feu et des changements de végétation qui en découlent à lʼéchelle du continent. Il nʼy a rien de bien extraordinaire dans cette démarche, mais elle est indispensable dans ma stratégie visant à proposer des scénarios plausibles sur les changements environnementaux qui se profilent en réponse aux modifications climatiques. Axe 1.1. Historique et régime des feux : charbons de bois et cernes de bois. Reconstruire les historiques de feu à partir des charbons de bois préservés dans des dépôts lacustres reste une approche quʼil faut améliorer. En effet, les processus taphonomiques qui régissent la séquestration des charbons de bois dans les dépôts sédimentaires sont très variables et induisent des enregistrements inter et intra-sites très hétérogènes. Le vent, la topographie, le ruissellement, les propriétés du combustible (structure et composition de la végétation), la proximité du feu au lac, sont autant de facteurs qui interfèrent dans les signaux, et qui compliquent lʼinterprétation des résultats (e.g. Higuera et al., 2010). Le principal verrou quʼil vaut lever lors de lʼanalyse des séries de charbons de bois est lié à la caractérisation des différents bruits de fond et leur élimination pour ne garder que les signaux de hautes fréquences qui correspondent aux évènements de feux (cf. Encadré 1). Cette étape dans le traitement des données est crucial et de récentes avancées méthodologiques ont permis de solidifier les reconstructions (Kelly et al., 2011; Blarquez et al., 2013). Néanmoins, au delà de ces considérations «statistico-numériques», des interrogations persistent concernant notamment la signification de lʼamplitude des pics de charbons de bois, avec des variations très importantes intra et inter-sites. Jʼai donc initié depuis deux ans, un projet de calibration fondée sur une comparaison entre les enregistrements lacustres et les signaux dendrochronologiques (cernes de bois) des évènements de feux (projet Dendro-Lac). Le projet a pour principal objectif une calibration du 39

40 signal incendie durant les 300 dernières années autour de plusieurs lacs localisés au Manitoba et au Québec. Lʼapproche dendrochronologique offre lʼavantage déterminer avec certitude lʼannée (voire la saison) et les caractéristiques du feu (intensité et sévérité). Les feux laissant des cicatrices sont généralement moins sévères comparativement à ceux initiant de nouvelles cohortes. La sévérité des feux est une variable majeure dans les processus de recolonisation végétale après feu au sein de la forêt boréale (Schimmel & Granström, 1996; Bergeron et al., 2002; Johnstone & Chapin III, 2006). Lʼabsence prolongée de feux sévères dans le paysage peut se traduire par des pertes dans la productivité forestière, avec des forêts qui «sʼentourbent» et/ou qui se régénèrent mal. Je chercherai à développer des approches permettant de reconstruire la sévérité des feux dans le passée, fondées notamment sur lʼanalyse des particules élémentaires des sédiments lacustres (susceptibilité magnétique et perte au feu). Lʼhypothèse de base est que les feux sévères qui mettent à jour le sol minéral, devraient se matérialiser dans les dépôts sédimentaires par une augmentation de la fraction minérale. Au Manitoba cette approche de calibration du signal incendie se réalise en collaboration avec Jacques Tardif (University of Winnipeg) dans le cadre du Master de Justine Waïto et au Québec dans le cadre des thèses de doctorat de France Oris et de Cécile Rémy. Notre stratégie dans la sélection des sites est notamment guidée par lʼobtention dʼun corpus de sites présentant une très grande hétérogénéité dʼun point de vue topographique, dans les caractéristiques du combustible (composition et structuration) et la sévérité des feux. Les premiers résultats obtenus, dans le cadre de la thèse de doctorat de France Oris réalisés en collaboration avec Benoît Brossier (Ingénieur dʼétude CBAE), sont très intéressants (Brossier et al. soumis). Les données mettent en évidence lʼimportance de la résolution temporelle des échantillons sédimentaires (année/cm) et la largeur des fenêtres temporelles utilisées pour la modélisation des bruits de fond (Tableau 2). Tableau 2. Feux détectés dans la partie supérieure des séquences du lac Nano et Loup en fonction de divers paramètres utilisés pour modéliser le bruit de fond. Pour être considéré positivement les feux détectés doivent avoir un SNI (Signal to Noise Index) > 3. * Ks test pour la modélisation en double loi gaussienne de CHAR peak p-value > 0,05. CHARAnalysis parameters in Time resolution for interpolation of CHAR Lake Nano (LNA) Lake loup (LLP) Time window use to modelling the CHARbackground Lake Nano (LNA) Lake loup (LLP) Median of SNI for entire sequence Lake Nano (LNA) Lake loup (LLP) Median of SNI for KB Lake Nano (LNA) Run Lake loup (LLP) Peak fire detected in KB (1=1989; 2=1941; 3= 1890) Lake Nano (LNA) 1* and 3* Run * 3* Run and 3* Run * Lake loup (LLP) 1*,2 and 3* 2* Le taux de sédimentation médian défini à partir des échantillons de surface (20 premiers centimètres) et une fenêtre temporelle de 100 ans, permet de détecter la majorité des feux 40

41 enregistrés par les analyses dendrochronologiques (Tableau 2 ; Run 1 & 2). A lʼinverse, le fait de prendre en compte un taux de sédimentation médian établi à partir de lʼensemble des échantillons dʼune séquence, quelle que soit la fenêtre temporelle, ne permet pas de détecter la majorité des feux récents (Tableau 2 ; Run 2 & 3). Or lʼutilisation dʼun taux sédimentation médian défini sur lʼensemble dʼune séquence est une procédure appliquée dans la plupart des reconstructions sur les paléo-incendies. Nos résultats indiquent que dans le cas de sites présentant une importante variation dans le taux de sédimentation, cette procédure nʼest pas idéale et il semble préférable de travailler par portion de séquence présentant des taux de sédimentation homogènes. Par ailleurs, les résultats fondés sur des séquences présentant une faible résolution temporelle par échantillon (> 20 ans/cm) doivent être considérés avec précaution, car dans cette configuration un pic de charbon de bois peut regrouper plusieurs feux. Jʼai toujours considéré que nous faisons un abus de language en parlant de «fréquence de feux», on devrait plutôt parler de tendance dans la fréquence des feux. Lʼanalyse des charbons de bois dʼorigine lacustre ne permet pas de détecter lʼensemble des feux qui se sont produits autour dʼun lac. Dans mes travaux, je minimise ce biais en fondant mes conclusions à partir de lʼanalyse de plusieurs sites et en ne considérant que les tendances à long terme. Autrement dit, il faut dans la mesure du possible éviter de dresser des conclusions à partir de lʼétude dʼun seul site. AXE Dynamiques régionales et locales de la végétation : pollen et macrorestes végétaux. Les modifications à lʼéchelle régionale de la végétation seront déterminées via lʼidentification de grains de pollen préservés dans les sédiments lacustres. Cette approche permet de déterminer les taxons présents dans les zones dʼétude à différents moments, mais pas d'évaluer la taille des populations. En effet, le flux de pollinisation varie d'une espèce à l'autre (Davis & Deevey, 1964). Dans le cadre de la thèse de doctorat de France Oris, en collaboration avec Walter Finsinger (CR CNRS, CBAE), nous avons mis en place une approche permettant dʼaccéder à la composition floristique et à lʼabondance des plantes des communautés végétales des paysages actuels et passés. Cette approche a pour principal objectif de caractériser lʼévolution quantitative de la structure de la végétation. Davis et Deevey (1964) ont suggéré un concept prometteur afin d'estimer quantitativement la taille des populations végétales en calculant les valeurs des taux d'accumulation de pollen (PAR). Le PAR représente l'accumulation de pollen à la surface des sédiments (par cm 2 ou autre unité dʼespace) par an. Contrairement aux données en pourcentage, la valeur nominale d'un taxon donné est directement liée à l'abondance de ce taxon dans la région et indépendante des valeurs des autres taxons. Cependant, une reconstitution quantitative de la végétation passée à partir des PAR nʼest ni sans risque, ni simple. Cʼest ainsi quʼune étude méthodologique en Amérique du Nord a montré que non seulement les valeurs de PAR peuvent varier à lʼintérieur dʼun lac mais aussi entre des lacs entourés de végétations similaires (Davis, 1973). Pour avoir des données de PAR fiables, il est alors nécessaire dʼavoir des données palynologiques et de datations très précises et un taux de sédimentation homogène. De plus, pour interpréter les enregistrements PAR fossiles comme signal quantitatif de la taille de la population passée, les valeurs de PAR modernes doivent être comparées et corrélées quantitativement avec les données de végétation modernes. Par conséquent, une telle approche nécessite des données quantitatives précises sur la végétation actuelle du site étudié. Quelques études ont réussi à reconstituer quantitativement la végétation passée dans la région boréale de Scandinavie (Hicks & Hyvärinen, 1999; Giesecke & Fontana, 2008; Seppä et al., 2009). La partie sommitale des carottes sédimentaires (les premiers 12 mm) peut être utilisée pour connaître les valeurs modernes de PAR (Davis, 1973). Une autre méthode consiste à récolter le pollen dans les mousses ou dans des trappes à pollen (Giesecke & Fontana, 2008). Nous avons durant lʼautomne

42 déposé des trappes à pollen sédimentaires (dans les lacs ; Fig.10) et des trappes à pollen au bord de 6 lacs présentant différentes structurations de la végétation. Depuis 2011, chaque été les grains de pollen des différentes trappes sont récoltés et le traitement des données est en cours. Dans lʼhypothèse où le signal pollinique actuel reflète la structuration et la biomasse de la végétation avoisinant les sites, nous serons en mesure de distinguer des modifications dans la structuration et la biomasse des végétations passées. La mise en place de ce type dʼapproche est assez lourde et ne pourra être appliquée sur dʼautres sites que si les résultats sont fortement concluants. Figure 10. Photographie de l une des trappes aquatiques déposées dans les lacs de la Baie James (Thèse de doctorat de France Oris) Des transformations de la végétation peuvent avoir lieu au niveau local en réponse aux perturbations par le feu sans pourtant être enregistrées dans les données polliniques (e.g. Ali et al., 2008). Les analyses macrofossiles et polliniques sont complémentaires et véritablement indissociables pour caractériser de façon précise les variations de la végétation au cours du temps. Par ailleurs les macrorestes offrent lʼopportunité de distinguer jusquʼà lʼespèce les spécimens récoltés et de discuter des fluctuations de la biodiversité ligneuse aux abords des sites (Sénéci et al., 2013). Autrement-dit, les deux types dʼanalyses (pollen et macrorestes végétaux) seront dans la mesure du possible conduits sur lʼensemble des sites qui seront échantillonnés. Axe 1.3. Paléo-température et chironomidés et de thécamoebiens. paléo-hydrologie: assemblages de Cet axe de recherche correspond à une nouvelle ouverture de mon champ dʼexpertise et souligne mon intérêt pour lʼanalyse de nouveaux bio-indicateurs. Mes travaux mettent en lumière que les périodes chaudes et sèches de lʼholocène ont été caractérisées par une 42

43 plus grande fréquence de feux par opposition aux périodes plus froides et humides. Dans cet axe je souhaite développer une approche permettant dʼavoir des paléo-données sur le climat qui soient «indépendantes» des reconstructions fondées sur les autres proxies que jʼutilise. En effet, dans mes zones dʼétude, la plupart des reconstructions paléo-climatiques sont fondées sur des fonctions de transfert développées via lʼanalyse d'assemblages polliniques (Viau et al., 2006; Viau & Gajewski, 2009; Bartlein et al., 2011). Autrement-dit les grains de pollen sont à la fois utilisés pour reconstruire les fluctuations du climat (précipitation et températures) et pour retracer les modifications de la végétation. Dans cette configuration, même si les analyses ne sont pas réalisées sur les mêmes séquences, les données sont loin dʼêtre vraiment indépendantes. Une des alternatives réside dans lʼutilisation de bio-proxy tels que les assemblages de chironomidés, abondamment présents dans les gisements lacustres. Les chironomidés sont des insectes appartenant à la famille des diptères avec un stade larvaire qui est aquatique et un cycle de vie fortement influencé par la température. Un grand nombre de travaux ont fait la démonstration que les chironomidés sont dʼexcellents bio-indicateurs climatiques (Larocque et al., 2006; Brooks et al., 2012;). Un modèle (fonction de transfert) permet de quantifier au cours de lʼholocène les fluctuations de la température du mois dʼaoût au Nord du Canada (Larocque et al., 2006; Larocque, 2008). Cette fonction de transfert est fondée sur lʼanalyse dʼassemblages de chironomidés collectés dans plusieurs lacs nordiques couvrant un gradient climatique de 25 C dʼamplitude, allant du sud du Québec à lʼîle de Ellesmere (Baie de Baffin). Au nord de Chibougamau (Québec) jʼai réalisé en collaboration avec Isabelle Larocque (University of Bern) et Verushka Valsecchi (post-doc, CBAE) une première étude sur les assemblages de chironomidés du Lac Aurélie. De nos jours, dans la zone du lac Aurélie, la température moyenne du mois août est de 14,9 ± 1,4 C ( , statistique météo Canada). Les reconstructions nous donnent une valeur de 13,8 ± 2,1 C (Fig.11) conférant une Figure 11. Reconstruction des fluctuations de la température moyenne du mois dʼaoût dans la région de Chibougamau (Québec) à partir de lʼanalyse des assemblages de chironomidés du Lac Aurélie. La barre horizontale correspond à la valeur moyenne à lʼéchelle de la période dʼétude. Le trait en pointillé correspond à lʼécart-type autour de la moyenne (Valsecchi et al. non publié). 43

44 certaine fiabilité aux données inférées via lʼanalyse des assemblages de chironomides. Les données montrent une diminution graduelle de la température moyenne du mois dʼaoût depuis 7500 ans, avec des épisodes de réchauffement comme durant l'optimum Climatique Médiéval. Jʼenvisage de développer lʼétude de ce proxy, avec un premier grand terrain dʼinvestigation dans la région de Matagami (Québec) dans le cadre de la thèse de doctorat de Lisa Bajolle (encadrants : Adam A. Ali, Yves Bergeron, Martin Lavoie & Emmanuel Gandouin ; démarrage prévue début 2014). Un des objectifs de la thèse est de déterminer la part du climat et des feux dans la mise en place des mosaïques paysagères qui caractérisent la zone dʼétude. Durant mon post-doc au sein de lʼéquipe de Michelle Garneau (GEOTOP, Québec, 2007 ; 10 mois), jʼavais pour mission de caractériser les fluctuations paléo-hydrologiques de deux tourbières (Aéroport et Ours) via lʼanalyse dʼassemblages de thécamoebiens (rhizopodes) et de macrorestes végétaux. Les thécamoebiens sont des amibes à thèques qui sont présents dans des zones humides. Lʼanalyse de ces organismes permet de reconstruire les fluctuations de la nappe phréatique au cours du temps (Booth, 2002, 2008) (Fig.12). Malheureusement après mon recrutement en 2008 à lʼuniversité de Montpellier 2, je nʼai pas eu le temps de finaliser les résultats issus de mes analyses et cʼest Simon van Bellen, étudiant en thèse avec Michelle Garneau qui a pris le relais et permis la finalisation des résultats (van Bellen et al. soumis). Les données montrent une augmentation graduelle de la nappe phréatique (précipitation) depuis au moins 4000 ans. Figure 12. Reconstruction des fluctuations de la nappe phréatique de la grande zone tourbeuse de Larforge 1 (nord Québec) dʼaprès lʼanalyse dʼassemblages de thécamoebiens fossilisés dans plusieurs petites tourbières minérotrophes et ombrotrophes (dʼaprès van Bellen et al., soumis). Avant 3000 cal. BP la nappe phréatique était en dessous de la surface actuelle. Elle est devenue affleurante durant le Néoglaciaire. Durant lʼoptimum climatique Médieval (MWA = Medieval Warming Anomaly), on enregistre une diminution de la hauteur de la nappe, suivi dʼun réhaussement durant le petit âge glaciaire (LIA). 44

45 Suite à mon post-doc, jʼai gardé un regard intéressé sur lʼétude de ces organismes, et en 2011 en collaboration avec Laurent Bremond (MCF EPHE, CBAE), jʼai piloté le Master 2 de France Oris qui sʼest soldé par une publication qui retrace lʼhistoire hydrologique dʼune tourbière se trouvant dans les Alpes du Nord (Oris et al., 2013). Dans le cadre du projet CLIMAT-COS (FQRNT stratégique, , Pr Yves Bergeron), nous projetons dʼétudier plusieurs tourbières entre le Lac Mistassini et le réservoir Manicouagan (Nord-est du Québec ; Fig. 9) où nous chercherons à reconstruire les fluctuations de la nappe phréatique au cours du temps via lʼanalyse des thécamoebiens (thèse de doctorat de Pierre Crespin ; encadrants : Michelle Garneau, Martin Lavoie, Yves Bergeron & Adam A. Ali, démarrage début 2014). Le projet CLIMAT-COS à pour principal objectif de retracer les fluctuations du carbone organique du sol au cours du temps, afin de déterminer les facteurs qui contrôlent les processus «dʼentourbement» dans la zone dʼétude.. AXE 2. Comparaisons entre les bio-indicateurs et les modèles: vers une approche plus intégrative des processus écologiques. Axe 2.1 : Bio-indicateurs versus modèles climatiques Depuis quelques années, je cherche donc à caractériser les paramètres climatiques qui modulent le régime des feux au sein de la forêt boréale. Nous avons réussi à mettre en évidence le poids de lʼinsolation, des conditions printanières et du régime des précipitations sur les incendies (Hély et al., 2010 ; Ali et al., 2012, Girardin et al., 2013). Notre démarche visant à caractériser les interactions entre le climat et les feux va donc se poursuivre notamment dans le cadre des thèses de France Oris et de Cécile Remy. France Oris, a repris la même démarche que Hély et al. (2010), en utilisant le modèle climatique UGAMP afin de reconstruire les fluctuations des épisodes de sècheresse et de la longueur de la saison de feux. Sa thèse, je le rappelle, a pour principal objectif la caractérisation du régime des feux de part et dʼautre de la limite de la forêt commerciale dans le secteur de la Baie James. Les premiers résultats indiquent que de part et dʼautre de la limite, il y a eu une augmentation graduelle de la fréquence des feux entre 7000 et 3000 cal. BP, suivie par une diminution durant le Néoglaciaire (Fig.13, Oris et al. soumis). La chute dans la fréquence des feux durant le Néoglaciaire est plus abrupte au nord quʼau sud de la limite (Fig.13). De plus, au cours des 7000 dernières années, la fréquence des feux était plus variable au nord de la limite que dans à la zone se situant plus au sud (Fig.13d). Ces résultats suggèrent une plus grande sensibilité au climat des sites localisés au nord de la limite. Par conséquent, si le changement climatique en cours se matérialise par une augmentation des activités de feu dans la majorité des écosystèmes boréaux de lʼamérique du Nord, lʼampleur du phénomène et les conséquences pourraient être plus marquées dans les écosystèmes dominés par les pessières à lichens (nord de la limite commerciale). Afin de minimiser les effets dʼun telle modification du climat, et plus particulièrement sur la résilience des forêts, nous avons émis comme hypothèse que la limite de la forêt commerciale ne devrait pas être déplacée vers Nord, mais plutôt être repositionnée vers le sud, en dessous du 51 N (Oris et al. soumis). Les données palynologiques montrent une diminution des influx polliniques à partir de 3000 cal. BP au nord et au niveau de la limite commerciale. Nous avons émis comme hypothèse que malgré cette diminution dans la fréquence des feux (dans la tendance de la fréquence des feux) durant le Néoglaciaire, les feux sont devenus potentiellement plus grands et/ou plus sévères, impactant lourdement la végétation. Une hypothèse alternative est une perte de résilience de la forêt avec la mise en place de 45

46 conditions plus froides et plus humides (Néoglaciaire) faisant suite à une longue période de fréquence de feux élevée ( cal. BP). Figure 13. Le panel de gauche illustre les variations du climat (températures et précipitations) et de la longueur de la saison de feu. Le panel de droite illustre les changements de la fréquence des feux au nord (a), au niveau (b) et au sud (c) de la limite de la forêt commerciale (dʼaprès Oris et al., soumis). Axe 2.1. Vulnérabilité des écosystèmes boréaux : scénarios et stratégies dʼatténuation. Lʼensemble des projections pour les prochaines décennies indique donc une recrudescence de la fréquence des feux et des surfaces brûlées dans les écosystèmes boréaux du Canada, notamment dans les pessières du Nord (Fig. 14). Cependant, il est important de souligner que les modèles prédictifs ne prennent pas en compte les impacts de la végétation sur le comportement du feu. La composition et la structure des végétations influencent fortement la propagation et la sévérité des feux (e.g. Hély et al., 2001). Les feux se propagent plus difficilement dans les forêts dominées par des feuillus. De surcroit ces modèles ne prennent pas en compte les variations dans la longueur de la saison de feux, notamment lʼeffet dʼun déneigement précoce du sous-bois associé à un printemps plus chaud par exemple. Par conséquent lʼévaluation pertinente de la vulnérabilité des écosystèmes demande plus quʼune approche linéaire et deux à deux des processus écologiques. Un outil intégrateur portant sur lʼanalyse des processus au sein des écosystèmes est donc essentiel non seulement pour 46

47 analyser leur fonctionnement à long terme, mais aussi pour comprendre et prédire de la manière la plus objective possible la réponse de ces écosystèmes face à des changements rapides du climat. Dans cet optique, une des approches qui ont déjà fait leurs preuves réside dans lʼutilisation des modèles de dynamique globale de la végétation (DGVM). Parmi les différents DGVM, le modèle LPJ-GUESS-SPITFIRE (L-G-S) est le modèle qui nous semble le plus approprié pour circonscrire les trajectoires écologiques passées et futures. Des versions précédentes de ce modèle ont été calibrées et testées dans les forêts boréales de la Scandinavie, avec des espèces présentant des traits fonctionnels comparables à ceux de lʼamérique. Cʼest un modèle générique qui prend en compte les processus de base qui contrôle le fonctionnement dʼun écosystème (Smith et al., 2001; Lehsten et al., 2009). Plus concrètement, les processus pris en compte sont : la photosynthèse, les mécanismes dʼévapotranspiration, la décomposition de la matière organique du sol, la mortalité des arbres suite à un incendie, la biomasse brulée et les émissions de CO 2. Le troisième chapitre de la thèse de Cécile Remy est centré sur lʼutilisation de ce modèle et la comparaison des données simulées avec celles issues de bio-indicateurs (charbon de bois et pollen essentiellement). Le modèle utilise en entrée les données climatiques produites notamment par des GCMs, mais également les concentrations en C0 2 de lʼatmosphère de la période étudiée et les types de sols selon la classification de lʼorganisation des Nations Unies pour lʼalimentation et lʼagriculture (FAO). Pour obtenir des données climatiques sur le passé nous prévoyons dʼutiliser au moins trois GCMs: UGAMP (Hall & Valdes, 1997), LOVECLIM (Goosse et al., 2010) et IPSL_CM5 (Marti et al., 2010). Figure 14. Activité de feux passée et future dans la forêt boréale coniférienne au sud de la Baie James (Girardin et al. 2012). Les données sur le passé ( ) ont été obtenues via lʼanalyse de charbons de bois fossilisés dans 5 petits lacs. Les données sur le futur ( ) ont été obtenues via lʼutilisation dʼun ensemble de 7 GCMs alimentés par 3 scénarios de concentration atmosphétrique en CO 2 (B1, A1B et A2 ; IPCC 2000). Lʼintervalle de confiance a été obtenu via un bootstrap à 95 %. Le carré rouge matérialise le statut actuel des activités de feu dans la zone dʼétude ( ). Dans le modèle L-G-S, les variations dans la composition de la végétation seront obtenues via la caractérisation des PFTs (Plant functionnal Type) avec comme hypothèse de base que le développement de groupements dʼespèces dans une zone donnée est en équilibre avec le climat et modulé par le type de sol. Plus concrètement les variations dans les PFTs au cours du temps, qui illustrent des changements dans la structure et la 47

48 composition de la végétation, seront quantifiées via les sorties de biomasse de carbone et de LAI (Leaf Area Index). Une des sorties intéressantes de L-G-S réside dans les flux de carbone émis vers lʼatmosphère dont la majeure partie est associée aux activités de feux. Dans le modèle, des feux sont générés dès que les conditions climatiques et de structuration du combustible sont favorables à leur éclosion. Nous allons utiliser les flux de carbone pour extraire les variations dans la fréquence des feux au cours du temps. Les données seront comparées à celles issues des charbons de bois lacustres. La comparaison des sorties de L-G-S avec les données issues de lʼanalyse des bioindicateurs a pour principal objectif lʼévaluation de ce modèle afin de développer des trajectoires écologiques potentielles en réponse à divers scénarios de changements climatiques pour les prochaines décennies. Nous utiliserons divers scénarios de lʼipcc illustrant des variations en terme de concentration atmosphériques en CO 2, de température et de précipitations (A1 à B2). Lʼensemble des projections nous permettra de dresser un panorama des modifications éventuelles du risque de feu, et de la composition (structuration) de la végétation. Au sein de la Chaire AFD (Aménagement Forestier Durable), nous considérons que lʼun des moyens permettant de préserver la fonctionnalité des écosystèmes est le développement dʼactivités forestières mimant lʼimpact des perturbations naturelles (feux, attaques dʼinsectes et chablis). De ce fait, caractériser la variabilité naturelle des régimes de perturbations est essentiel et permet dʼorienter les stratégies dʼaménagements écosystémiques. Dans les zones forestières dominées par les pessières à lichens et à mousses, lʼensemble de nos travaux indique quʼactuellement les efforts de suppression des incendies et les activités forestières se font durant une période où les feux sont peu fréquents par rapport au passé. Le climat devenant à priori de plus en plus sec, les feux deviendront plus fréquents avec la mise en place dʼune configuration potentiellement comparable à la période cal. BP. Il faudra inéluctablement développer de nouvelles stratégies de gestion et dʼaménagements des massifs forestiers et probablement augmenter lʼenveloppe budgétaire qui sera allouée à la lutte contre les incendies. Une des stratégies que nous défendons pour lutter contre lʼéclosion et la propagation des incendies est fondée sur une modification de la végétation en favorisant le développement des feuillus dans les matrices forestières (Girardin et al., 2012). Ce type de manipulation devra respecter lʼintégrité écologique des écosystèmes forestiers qui ne peut être établie quʼen ayant le recul temporel suffisant afin dʼobserver la variabilité naturelle de la diversité, la composition et structuration des végétations. Perspectives à long terme Le développement du programme de recherche que je viens de présenter est adossé à divers projets de recherche que nous avons récemment obtenus au FQRNT (Québec, ClIMAT-COS), au Ministère des Ressources Naturelles (Fond Forestier) et au CRSNG (Canada, RESILIENCE). Ces financements nous permettront de travailler surtout dans la partie Est du Canada. Les travaux dans la partie ouest se feront notamment à partir de lʼobtention de nouveaux fonds de recherche (petit clin dʼœil à lʼanr et autres appels dʼoffre français). Après lʼaventure Nord Américaine, je souhaite étendre mes activités de recherche aux écosystèmes boréaux de la Scandinavie (Laponie) et de la Sibérie (vallée de Léna). Je souhaite donc consacrer lʼessentiel de ma recherche à comprendre le fonctionnement des écosystèmes boréaux circumpolaires, et dʼanticiper leur devenir face aux changements climatiques en cours. Dans la partie introductive jʼai souligné lʼimportance des écosystèmes boréaux notamment leur rôle dans la stabilité climatique de la planète. Lʼensemble des projections climatiques met en avant que les feux y seront plus fréquents du fait de lʼétablissement de conditions plus chaudes et plus sèches. Les émissions de carbone liées 48

49 aux incendies seront donc plus importantes et pourraient participer significativement au réchauffement global. Il y a donc autant de raisons sur le plan écologique, climatique et économique de sʼintéresser aux écosystèmes boréaux. Je chercherai donc à réunir les moyens matériels et humains afin dʼy poursuivre mes travaux de recherche. 49

50 Références bibliographiques Ali, A. A., O. Blarquez, M. P. Girardin, C. Hély, F. Tinquaut, A. El Guellab, V. Valsecchi, A. Terrier, L. Bremond, A. Genries, S. Gauthier, and Y. Bergeron Control of the multimillennial wildfire size in boreal North America by spring climatic conditions. Proceedings of the National Academy of Sciences 109(51): Ali, A. A., C. Carcaillet, and Y. Bergeron. 2009b. Long-term fire frequency variability in the eastern Canadian boreal forest : the influence of climate vs local factors. Global Change Biology: Ali, A. A., P. E. Higuera, Y. Bergeron, and C. Carcaillet. 2009a. Comparing fire-history interpretations based on area, number and estimated volume of macroscopic charcoal in lake sediments. Quaternary Research 72(3): Andrews, P. L BEHAVE: fire behavior prediction and fuel modeling system-burn subsystem, Part 1. Andrews, P. L., and C. D. Bevins BEHAVE fire modeling system: redesign and expansion. Fire Management Notes 59(2): Asselin, H., M.-J. e. Fortin, and Y. Bergeron Spatial distribution of late-successional coniferous species regeneration following disturbance in southwestern Quebec boreal forest. Forest Ecology and Management 140(1): Asselin, H., and S. Payette Late Holocene opening of the forest tundra landscape in northern Québec, Canada. Global Ecology and Biogeography 14(4): Balshi, M. S., A. D. McGuire, P. Duffy, M. Flannigan, J. Walsh, and J. Melillo Assessing the response of area burned to changing climate in western boreal North America using a Multivariate Adaptive Regression Splines (MARS) approach. Global Change Biology 15(3): Bartlein, P., S. Harrison, S. Brewer, S. Connor, B. Davis, K. Gajewski, J. Guiot, T. Harrison-Prentice, A. Henderson, and O. Peyron Pollen-based continental climate reconstructions at 6 and 21 ka: a global synthesis. Climate Dynamics 37(3-4): Bergeron, Y The influence of island and mainland lakeshore landscapes on boreal forest fire regimes. Ecology: Bergeron, Y., D. Cyr, M. P. Girardin, and C. Carcaillet Will climate change drive 21st century burn rates in Canadian boreal forest outside of its natural variability: collating global climate model experiments with sedimentary charcoal data. International Journal of Wildland Fire 19(8): Bergeron, Y., and P. Dansereau Predicting the composition of Canadian southern boreal forest in different fire cycles. Journal of Vegetation Science 4(6): Bergeron, Y., S. Gauthier, M. Flannigan, and V. Kafka Fire regimes at the transition between mixedwood and coniferous boreal forest in northwestern Quebec. Ecology 85(7): Bergeron, Y., and K. A. Harper Old-Growth Forests in the Canadian Boreal: the Exception Rather than the Rule? In Old-Growth Forests, Springer. Bergeron, Y., A. Leduc, B. D. Harvey, and S. Gauthier Natural fire regime: a guide for sustainable management of the Canadian boreal forest. Silva Fennica 36(1): Bessie, W., and E. Johnson The relative importance of fuels and weather on fire behavior in subalpine forests. Ecology 76(3): Blarquez, O., M. P. Girardin, B. Leys, A. A. Ali, J. C. Aleman, Y. Bergeron, and C. Carcaillet Paleofire reconstruction based on an ensemble-member strategy applied to sedimentary charcoal. Geophysical Research Letters: 40, 1 6, doi: /grl Bonan, G. B., S. F. Chapin III, and S. T. Thompson Boreal forest and tundra ecosystems as component of climate system. Climatic Change 29(2): Booth, R. K Testate amoebae as paleoindicators of surface-moisture changes on Michigan peatlands: modern ecology and hydrological calibration. Journal of Paleolimnology 28(3): Booth, R. K Testate amoebae as proxies for mean annual water-table depth in Sphagnum Äêdominated peatlands of North America. Journal of Quaternary Science 23(1): Bremond, L., C. Carcaillet, C. Favier, A. A. Ali, C. d. Paitre, Y. Bégin, Y. Bergeron, and P. J. Richard Effects of vegetation zones and climatic changes on fire-induced atmospheric carbon emissions: a model based on paleodata. International Journal of Wildland Fire 19(8):

51 Brooks, S. J., Y. Axford, O. Heiri, P. G. Langdon, and I. Larocque-Tobler Chironomids can be reliable proxies for Holocene temperatures. A comment on Velle et al.(2010). The Holocene 22(12): Carcaillet, C., H. Almquist, H. Asnong, R. Bradshaw, J. Carrion, M.-J. Gaillard, K. Gajewski, J. Haas, S. Haberle, and P. Hadorn Holocene biomass burning and global dynamics of the carbon cycle. Chemosphere 49(8): Carcaillet, C., Y. Bergeron, P. J. H. Richard, B. Frechette, S. Gauthier, and Y. T. Prairie Change of fire frequency in the eastern Canadian boreal forests during the Holocene: does vegetation composition or climate trigger the fire regime? Journal of Ecology 89(6): Carcaillet, C., P. J. H. Richard, Y. Bergeron, B. Fréchette, and A. A. Ali Resilience of the boreal forest in response to Holocene fire-frequency changes assessed by pollen diversity and population dynamics. International Journal of Wildland Fire 19(8): Carpenter, S. R., H. A. Mooney, J. Agard, D. Capistrano, R. S. DeFries, S. Diaz, T. Dietz, A. K. Duraiappah, A. Oteng-Yeboah, and H. M. Pereira Science for managing ecosystem services: Beyond the Millennium Ecosystem Assessment. Proceedings of the National Academy of Sciences 106(5): Carslaw, K., O. Boucher, D. Spracklen, G. Mann, J. Rae, S. Woodward, and M. Kulmala A review of natural aerosol interactions and feedbacks within the Earth system. Atmospheric Chemistry and Physics 10(4): Clark, J. S Fire and climate change during the last 750 yr in northwestern Minnesota. Ecological Monographs 60(2): Clark, J. S., and T. C. Hussey Estimating the mass flux of charcoal from sedimentary records: effects of particle size, morphology, and orientation. The Holocene 6(2): Clark, J. S., J. Lynch, B. J. Stocks, and J. G. Goldammer Relationships between charcoal particles in air and sediments in west-central Siberia. The Holocene 8(1): Clark, J. S., and P. D. Royall Transformation of a northern hardwood forest by aboriginal (Iroquois) fire: charcoal evidence from Crawford Lake, Ontario, Canada. The Holocene 5(1):1-9. Cyr, D., Y. Bergeron, S. Gauthier, and A. C. Larouche Are the old-growth forests of the Clay Belt part of a fire-regulated mosaic? Canadian Journal of Forest Research 35(1): Cyr, D., S. Gauthier, and Y. Bergeron Scale-dependent determinants of heterogeneity in fire frequency in a coniferous boreal forest of eastern Canada. Landscape Ecology 22(9): Cyr, D., S. Gauthier, Y. Bergeron, and C. Carcaillet Forest management is driving the eastern North American boreal forest outside its natural range of variability. Frontiers in Ecology and the Environment 7(10): Dansereau, P. R., and Y. Bergeron Fire history in the southern boreal forest of northwestern Quebec. Canadian Journal of Forest Research 23: Davis, M. B Redeposition of pollen grains in lake sediment. Limnol. Oceanogr 18(1): Davis, M. B., and E. S. Deevey Pollen accumulation rates: estimates from late-glacial sediment of Rogers Lake. Science 145(3638): DeLong, S. C., and W. B. Kessler Ecological characteristics of mature forest remnants left by wildfire. Forest Ecology and Management 131(1): DeLong, S. C., and D. Tanner Managing the pattern of forest harvest: lessons from wildfire. Biodiversity & Conservation 5(10): Dixon, R. K., S. Brown, R. e. a. Houghton, A. Solomon, M. Trexler, and J. Wisniewski Carbon pools and flux of global forest ecosystems. Science 263(5144): Enfield, D. B., A. M. Mestas-Nuñez, and P. J. Trimble The Atlantic multidecadal oscillation and its relation to rainfall and river flows in the continental US. Geophysical Research Letters 28(10): Fauria, M. M., and E. Johnson Climate and wildfires in the North American boreal forest. Philosophical Transactions of the Royal Society B: Biological Sciences 363(1501): Finney, M. A An overview of FlamMap fire modeling capabilities. Proceedings of the Fuels Management-How to Measure Success: Finney, M. A., and P. L. Andrews FARSITE - a program for fire growth simulation. Fire Management Notes 59(2): Flannigan, M., K. Logan, B. Amiro, W. Skinner, and B. Stocks Future area burned in Canada. Climatic Change 72(1-2):1-16. Gandhi, K. J., J. R. Spence, D. W. Langor, and L. E. Morgantini Fire residuals as habitat reserves for epigaeic beetles (Coleoptera: Carabidae and Staphylinidae). Biological Conservation 102(2):

52 Gasaway, W. C., and S. D. DuBois Initial response of moose, Alces alces, to a wildfire in interior Alaska. Canadian field-naturalist. Ottawa ON 99(2): Gauthier, S., Y. Bergeron, and J.-P. Simon Effects of fire regime on the serotiny level of jack pine. Journal of Ecology: Gavin, D. G., F. S. Hu, K. Lertzman, and P. Corbett Weak climatic control of stand-scale fire history during the late Holocene. Ecology 87(7): Genries, A., W. Finsinger, H. Asnong, Y. Bergeron, C. Carcaillet, M. Garneau, C. Hély, and A. A. Ali Local versus regional processes: can soil characteristics overcome climate and fire regimes by modifying vegetation trajectories? Journal of Quaternary Science 27(7): Giesecke, T., and S. L. Fontana Revisiting pollen accumulation rates from Swedish lake sediments. The Holocene 18(2): Gillett, N., A. Weaver, F. Zwiers, and M. Flannigan Detecting the effect of climate change on Canadian forest fires. Geophysical Research Letters 31(18). Girard, F., S. Payette, and R. Gagnon Rapid expansion of lichen woodlands within the closedcrown boreal forest zone over the last 50 years caused by stand disturbances in eastern Canada. Journal of Biogeography 35(3): Girard, F., S. Payette, and R. Gagnon Origin of the lichen-spruce woodland in the closed-crown forest zone of eastern Canada. Global Ecology and Biogeography 18(3): Girardin, M. P., A. A. Ali, C. Carcaillet, O. Blarquez, C. Hély, A. Terrier, A. Genries, and Y. Bergeron Vegetation limits the impact of a warm climate on boreal wildfires. New Phytologist, Doi : /nph Girardin, M. P., A. A. Ali, C. Carcaillet, S. Gauthier, C. Hély, H. Le Goff, A. Terrier, and Y. Bergeron Fire in managed forests of eastern Canada: Risks and options. Forest Ecology and Management 294: Girardin, M. P., J. Tardif, M. D. Flannigan, B. M. Wotton, and Y. Bergeron Trends and periodicities in the Canadian Drought Code and their relationships with atmospheric circulation for the southern Canadian boreal forest. Canadian Journal of Forest Research 34: Goosse, H., V. Brovkin, T. Fichefet, R. Haarsma, P. Huybrechts, J. Jongma, A. Mouchet, F. Selten, P.- Y. Barriat, and J.-M. Campin Description of the Earth system model of intermediate complexity LOVECLIM version 1.2. Geoscientific Model Development Discussions 3(1): Hall, N. M., and P. J. Valdes A GCM simulation of the climate 6000 years ago. Journal of Climate 10(1):3-17. Hély, C Influence de la végétation et du climat dans le comportement des incendies en forêt boréale mixte canadienne. Ph.D. Université du Québec à Montréal, Sciences de l'environnement, Montréal. Hély, C., M. P. Girardin, A. A. Ali, C. Carcaillet, S. Brewer, and Y. Bergeron Eastern boreal North American wildfire risk of the past 7000 years: a model-data comparison. Geophysical Reasearch Letters 37(L14709):doi: /2010GL Hicks, S., and H. Hyvärinen Pollen influx values measured in different sedimentary environments and their palaeoecological implications. Grana 38(4): Higuera, P. E., L. B. Brubaker, P. M. Anderson, F. S. Hu, and T. A. Brown Vegetation mediated the impacts of postglacial climate change on fire regimes in the south-central Brooks Range, Alaska. Ecological Monographs 79(2): Higuera, P. E., D. G. Gavin, P. J. Bartlein, and D. J. Hallett Peak detection in sediment Äìcharcoal records: impacts of alternative data analysis methods on fire-history interpretations. International Journal of Wildland Fire 19(8): Higuera, P. E., M. E. Peters, L. B. Brubaker, and D. G. Gavin Understanding the origin and analysis of sediment-charcoal records with a simulation model. Quaternary Science Reviews 26(13): Hirsch, K., V. Kafka, and J. Todd Using forest management techniques to alter forest fuels and reduce wildfire size: an exploratory analysis. In: Engstrom RT, Galley Kem, de Groot WJ, eds. Fire in temperate, boreal and montane ecosystems. Tallahassee, FL, USA: Tall Timber Research Station, Hörnberg, G., M. Ohlson, and O. Zackrisson Stand dynamics, regeneration patterns and longterm continuity in boreal old-growth Picea abies swamp-forests. Journal of Vegetation Science 6(2): Johnson, E. A., and C. Larsen Climatically induced change in fire frequency in the southern Canadian Rockies. Ecology:

53 Johnson, E. A., and D. Wowchuk Wildfires in the southern Canadian Rocky Mountains and their relationship to mid-tropospheric anomalies. Canadian Journal of Forest Research 23(6): Johnstone, J. F., and F. S. Chapin III Effects of soil burn severity on post-fire tree recruitment in boreal forest. Ecosystems 9(1): Kafka, V., S. Gauthier, and Y. Bergeron Fire impacts and crowning in the boreal forest: study of a large wildfire in western Quebec. International Journal of Wildland Fire 10(2): Kasischke, E. S., and M. R. Turetsky Recent changes in the fire regime across the North American boreal region Spatial and temporal patterns of burning across Canada and Alaska. Geophysical Research Letters 33(9). Kelly, R. F., P. E. Higuera, C. M. Barrett, and F. S. Hu A signal-to-noise index to quantify the potential for peak detection in sediment charcoal records. Quaternary Research 75(1): Krawchuk, M. A., and S. G. Cumming Effects of biotic feedback and harvest management on boreal forest fire activity under climate change. Ecological Applications 21(1): Krawchuk, M. A., S. G. Cumming, and M. D. Flannigan Predicted changes in fire weather suggest increases in lightning fire initiation and future area burned in the mixedwood boreal forest. Climatic Change 92(1-2): Larocque, I Nouvelle fonction de transfert pour reconstruire la température à l'aide des chironomides préservés dans les sédiments lacustres.. Institut National de la Recherche Scientifique, Centre Eau, Terre et Environnement. Larocque, I., R. Pienitz, and N. Rolland Factors influencing the distribution of chironomids in lakes distributed along a latitudinal gradient in northwestern Quebec, Canada. Canadian Journal of Fisheries and Aquatic Sciences 63(6): Le Goff, H., M. D. Flannigan, Y. Bergeron, and M. P. Girardin Historical fire regime shifts related to climate teleconnections in the Waswanipi area, central Quebec, Canada. International Journal of Wildland Fire 16(5): Lehsten, V., K. Tansey, H. Balzter, K. Thonicke, A. Spessa, U. Weber, B. Smith, and A. Arneth Estimating carbon emissions from African wildfires. Biogeosciences 6(3): Long, C. J., C. Whitlock, P. J. Bartlein, and S. H. Millspaugh A 9000-year fire history from the Oregon Coast Range, based on a high-resolution charcoal study. Canadian Journal of Forest Research 28(5): Lynch, J. A., J. L. Hollis, and F. S. Hu Climatic and landscape controls of the boreal forest fire regime: Holocene records from Alaska. Journal of Ecology 92(3): Mansuy, N., S. Gauthier, A. Robitaille, and Y. Bergeron The effects of surficial deposit-drainage combinations on spatial variations of fire cycles in the boreal forest of eastern Canada. International Journal of Wildland Fire 19(8): Marlon, J., P. Bartlein, C. Carcaillet, D. Gavin, S. Harrison, P. Higuera, F. Joos, M. Power, and I. Prentice Climate and human influences on global biomass burning over the past two millennia. Nature Geoscience 1(10): Marti, O., P. Braconnot, J.-L. Dufresne, J. Bellier, R. Benshila, S. Bony, P. Brockmann, P. Cadule, A. Caubel, and F. Codron Key features of the IPSL ocean atmosphere model and its sensitivity to atmospheric resolution. Climate Dynamics 34(1):1-26. Nilsson, M., J. Sagerfors, I. Buffam, H. Laudon, T. Eriksson, A. Grelle, L. Klemedtsson, P. Weslien, and A. Lindroth Contemporary carbon accumulation in a boreal oligotrophic minerogenic mire: significant sink after accounting for all C Äêfluxes. Global Change Biology 14(10): Overpeck, J. T., D. Rind, and R. Goldberg Climate-induced changes in forest disturbance and vegetation 343: Pitkänen, A., J. Turunen, and K. Tolonen The role of fire in the carbon dynamics of a mire, eastern Finland. The Holocene 9(4): Power, M. J., J. Marlon, N. Ortiz, P. Bartlein, S. Harrison, F. Mayle, A. Ballouche, R. Bradshaw, C. Carcaillet, and C. Cordova Changes in fire regimes since the Last Glacial Maximum: an assessment based on a global synthesis and analysis of charcoal data. Climate Dynamics 30(7-8): Rowe, J., and G. W. Scotter Fire in the boreal forest. Quaternary Research 3(3): Ryan, K. C Dynamic interactions between forest structure and fire behavior in boreal ecosystems. Silva Fennica 36(1): Schimmel, J., and A. Granström Fire severity and vegetation response in the boreal Swedish forest. Ecology: Segerström, U Long-term dynamics of vegetation and disturbance of a southern boreal spruce swamp forest. Journal of Vegetation Science 8(2):

54 Senici, D., A. Lucas, H. Y. Chen, Y. Bergeron, A. Larouche, B. Brossier, O. Blarquez, and A. A. Ali Multi-millennial fire frequency and tree abundance differ between xeric and mesic boreal forests in central Canada. Journal of Ecology 101: Seppä, H., T. Alenius, P. Muukkonen, T. Giesecke, P. A. Miller, and A. E. Ojala Calibrated pollen accumulation rates as a basis for quantitative tree biomass reconstructions. The Holocene 19(2): Simpson, I., S. Akagi, B. Barletta, N. Blake, Y. Choi, G. Diskin, A. Fried, H. Fuelberg, S. Meinardi, and F. Rowland Boreal forest fire emissions in fresh Canadian smoke plumes: C 1-C 10 volatile organic compounds (VOCs), CO 2, CO, NO 2, NO, HCN and CH 3 CN. Atmospheric Chemistry and Physics 11(13): Skinner, W., M. Flannigan, B. Stocks, D. Martell, B. Wotton, J. Todd, J. Mason, K. Logan, and E. Bosch A 500 hpa synoptic wildland fire climatology for large Canadian forest fires, Theoretical and Applied Climatology 71(3-4): Skinner, W., A. Shabbar, M. Flannigan, and K. Logan Large forest fires in Canada and the relationship to global sea surface temperatures. Journal of Geophysical Research Atmospheres ( ) : 111(D14). Smith, B., I. C. Prentice, and M. T. Sykes Representation of vegetation dynamics in the modelling of terrestrial ecosystems: comparing two contrasting approaches within European climate space. Global Ecology and Biogeography 10(6): Soja, A. J., N. M. Tchebakova, N. H. French, M. D. Flannigan, H. H. Shugart, B. J. Stocks, A. I. Sukhinin, E. Parfenova, F. S. Chapin III, and P. W. Stackhouse Jr Climate-induced boreal forest change: predictions versus current observations. Global and Planetary Change 56(3): Stocks, B. J., M. Fosberg, T. Lynham, L. Mearns, B. Wotton, Q. Yang, J. Jin, K. Lawrence, G. Hartley, and J. Mason Climate change and forest fire potential in Russian and Canadian boreal forests. Climatic Change 38(1):1-13. Stuart-Smith, A. K., J. P. Hayes, and J. Schieck The influence of wildfire, logging and residual tree density on bird communities in the northern Rocky Mountains. Forest Ecology and Management 231(1):1-17. Stuart-Smith, K., R. Hendry, and I. F. District Residual trees left by fire: final report. Invermere Forest District. Terrier, A., M. P. Girardin, C. Périé, P. Legendre, and Y. Bergeron Potential changes in forest composition could reduce impacts of climate change on boreal wildfires. Ecological Applications 23(1): Turetsky, M., W. Donahue, and B. Benscoter Experimental drying intensifies burning and carbon losses in a northern peatland. Nature Communications 2:514. Turner, M. G., W. H. Romme, R. H. Gardner, R. V. O'Neill, and T. K. Kratz A revised concept of landscape equilibrium: disturbance and stability on scaled landscapes. Landscape Ecology 8(3): Turunen, J., E. Tomppo, K. Tolonen, and A. Reinikainen Estimating carbon accumulation rates of undrained mires in Finland-application to boreal and subarctic regions. The Holocene 12(1): Viau, A., K. Gajewski, M. Sawada, and P. Fines Millennial-scale temperature variations in North America during the Holocene. Journal of Geophysical Research: Atmospheres ( ) 111(D9). Viau, A. E., and K. Gajewski Reconstructing Millennial-Scale, Regional Paleoclimates of Boreal Canada during the Holocene. Journal of Climate 22: Waddington, J., and N. Roulet Carbon balance of a boreal patterned peatland. Global Change Biology 6(1): Wallenius, T. H., T. Kuuluvainen, and I. Vanha-Majamaa Fire history in relation to site type and vegetation in Vienansalo wilderness in eastern Fennoscandia, Russia. Canadian Journal of Forest Research 34(7): Weng, C An improved method for quantifying sedimentary charcoal via a volume proxy. The Holocene 15(2): Werf, G. v., J. T. Randerson, L. Giglio, G. Collatz, M. Mu, P. S. Kasibhatla, D. C. Morton, R. DeFries, Y. v. Jin, and T. v. Leeuwen Global fire emissions and the contribution of deforestation, savanna, forest, agricultural, and peat fires ( ). Atmospheric Chemistry and Physics 10(23): White, P., and S. Pickett Natural disturbance and patch dynamics: an introduction. 54

55 Whitlock, C., and R. S. Anderson Fire history reconstructions based on sediment records from lakes and wetlands. In Fire and Climatic Change in Temperate Ecosystems of the Western Americas, Springer. Wotton, B., C. Nock, and M. Flannigan Forest fire occurrence and climate change in Canada. International Journal of Wildland Fire 19(3): Zackrisson, O Influence of forest fires on the North Swedish boreal forest. Oikos:

56 Documents annexes : publications majeures des 5 dernières années Girardin M.P., Ali A.A., Carcaillet C., Blarquez O., Hély C., Terrier A., Genries A. & Yves Bergeron. (2013). Vegetation limits the impacts of warm climate on boreal wildfires. New Phytologist doi : /nph Senici D., Lucas A., Chen, H.Y.H., Bergeron Y., Larouche A., Brossier B., Blarquez O. & Ali A.A. (2013). Muli-millennial fire frequency and tree abundance differ between xeric and mesic boreal forests in central Canada. Journal of Ecology 101, Girardin M.P., Ali A.A., Carcaillet C., Gauthier S., Hély C., Le Goff H., Terrier A. & Bergeron Y. (2012). Fire in managed forest of eastern Canada : risks and options. Forest Ecology and Management 294, Ali A.A., Blarquez O., Girardin M.P., Hély C., Tinquaut F., El Guellab A., Valsecchi V., Terrier, A., Bremond L., Genries A., Gauthier S. & Bergeron Y (2012). Control of the multimillennial wildfire size in boreal North America by spring climatic conditions. Proceedings of National Academy of Science 109, Genries A., Finsinger W., Asnong H., Bergeron Y., Carcaillet C., Garneau M., Hély C. & Ali A.A. (2012). Local versus regional processes : can soil characteristics overcome climate and fire regimes by modifying vegetation trajectories? Journal of Quaternary Science 27, Hély C., Girardin M.P., Ali A.A., Carcaillet C., Bewer S. & P Bergeron Y. (2010). Eastern boreal North American wildfire risk of the past 7000 years : a model-data comparison. Geophysical Research Letters 37, L14709 doi: /2010gl and the auxiliary materials. Ali A.A., Higuera P.E., Bergeron Y. & Carcaillet C. (2009) Comparing fire-history interpretations based on area, number and estimated volume of macroscopic charcoal in lake sediments. Quaternary Research 72, Ali A.A., Carcaillet C. and Bergeron Y. (2009). Long-term fire frequency variability in the eastern Canadian boreal forest: climate versus local factors influences. Global Change Biology 15, Ali A.A., Asselin H., Larouche A.C., Bergeron Y., Carcaillet C. & Richard P.J.H. (2008). Changes in fire regime explain the Holocene rise and fall of Abies balsamea in the coniferous forests of western Québec, Canada. The Holocene 18(5),