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. ali@univ-montp2.fr. 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