Constellation, le dépôt institutionnel de l'Université du Québec à Chicoutimi

Résumé

La tordeuse des bourgeons de l’épinette (Choristoneura fumiferana (Clemens)) (TBE) est le plus important défoliateur des forêts de l’est de l’Amérique du Nord. Dans un contexte de changements climatiques, la dynamique des perturbations naturelles, et notamment celle des insectes est modifiée, influençant la synchronicité phénologique entre l’insecte et son hôte, mais aussi, tout un ensemble d’interactions tri-trophiques entre l’arbre hôte, l’insecte et ses ennemis naturels. En conséquence, la distribution spatiale de la TBE ainsi que la susceptibilité des espèces hôtes, telles que nous les connaissons, pourraient être amenées à changer dans le futur, en fonction de l’augmentation des températures. Afin de mesurer au mieux ce type de changements, il est important de développer de nouvelles méthodes pour étudier la dynamique de la TBE sur de plus vastes échelles temporelles et spatiales. Dans la première partie de cette thèse, nous nous sommes concentrés sur la vaste échelle temporelle en combinant les macrocharbons et les macrofossiles végétaux avec un nouveau proxy - les écailles de lépidoptères - pour décrire l’écologie Holocène autours d’un lac boréal. Les écailles de lépidoptère se sont avérées être un indicateur plus robuste des épidémies d’insecte que les indicateurs traditionnels tels que les capsules céphaliques et les feces. Nous avons identifié 87 pics d’abondance significatifs au cours des 10 000 dernières années. Ces résultats indiquent que les épidémies de TBE étaient plus fréquentes que ce que suggèrent les études précédentes. Les taux d’accumulation des charbons de bois correspondent à l’historique établie pour les feux de forêt dans l’est du Canada : une fréquence de feux plus élevée au début et à la fin de l’Holocène qu’au milieu. Même si, à certaines occasions, les deux perturbations ont pu aller de pair, nos résultats démontrent plutôt une relation inverse entre la fréquence des feux et les épidémies d’insectes au cours de l’Holocène. Dans la dernière partie de la thèse, nous avons reconstruit les patrons des épidémies du 20ième siècle à l’échelle du paysage en utilisant des données dendrochronologiques. Pour cela, nous avons compilé une base de données de près de 4 000 arbres au travers d’une aire d’étude de 800 000 km2. Une interpolation ainsi que des analyses de hotspots ont été effectuées pour déterminer les zones ayant subit des réductions de croissance liées aux épidémies mais aussi pour identifier les patrons spatiotemporels liés à l’activité de la TBE au cours du dernier siècle. Un modèle climatique a été utilisé afin d’estimer les anomalies de températures et de précipitations pour cette période. Nos résultats ont permis d’identifier trois épidémies de TBE avec des patrons spatiotemporels différents au niveau de la durée et de la sévérité des événements. La première (1905-1930) a affecté près de 40% des arbres étudiés. Elle est le résultat de la synchronisation de plusieurs infestations locales et a atteint les peuplements nordiques en fin de période. La seconde était la plus longue (de 1935 à 1965), mais aussi la moins sévère avec seulement 30% d’arbres affectés. La troisième (1968-1988) aura été la plus courte, mais la plus virulente, affectant près de 50% des arbres étudiés, et la plus extensive puisqu’elle a touché 70% de l’aire d’étude. Cette épidémie a été identifiée, pour la première fois, au nord de la limite nordique des attributions forestières, étaillant l’hypothèse d’un déplacement vers le nord de la zone de distribution de la TBE au cours du 20ième siècle. Globalement, cette recherche soutient le fait que les épidémies d’insectes sont un phénomène écologique dynamique et complexe et que la compréhension du cycle des perturbations naturelles à plusieurs échelles est un enjeu important en ce qui concerne la vulnérabilité des forêts dans un contexte de changement climatique.

Spruce budworm (Choristoneura fumiferana (Clemens)) (SBW) is the most important defoliator cyclicaly affecting Eastern north america forests. In a context of climate change, insect disturbance dynamics is modified, influencing phenological synchrony between the insect and its host as well as a whole range of tri-trophic interactions among host trees, SBW, and their natural enemies. As a consequence, SBW distribution and host succeptibility, as we know it, could change under expected rise of temperature. In order to better assess these changes, it is important to develop methods to study SBW dynamics at large temporal and spatial scales. In the first part of this thesis, we focused on long term termporal scales combining macrocharcoal and plant macrofossils with a new proxy— lepidopteran scales—to describe the Holocene ecology around a boreal lake. Lepidopteran scales turned out to be a more robust proxy of insect outbreaks than traditional proxies such as cephalic head capsules and feces. We identified 87 significant peaks in scales abundance over the last 10 000 years. These results indicates that SBW outbreaks were more frequent over the Holocene than suggested by previous studies. Charcoal accumulation rates match the established fire history in eastern Canada : a more fire-prone early and late Holocene and reduced fire frequency during the mid-Holocene. Although, on occasion, both fire and insect outbreaks were coeval, our results show a generally inverse relationship between fire frequency and insect outbreaks over the Holocene. In the last part of this thesis, we have reconstructed SBW outbreaks patterns during the 20th century at the landscape scale using a dendroecological approach. An important data compilation with almost 4000 trees was conducted around a study area of 800 000 km2. Interpolation and hot spot analyses were performed to determine the growth reduction related to insect outbreak periods, as well as to identify the spatio-temporal patterns of SBW activity for the last century. Climatic models were used to estimate the temperature and precipitation anomalies for this period. Our results identified three insect outbreaks with different spatiotemporal patterns regarding duration and severity. The first one (1905-1930), affected nearly 40% of the studied trees, first synchronized from local infestation and finally migrated to northern stands. The second outbreak was the longest (from 1935 to 1965), having the lowest level of severity with only 30% of trees affected by SBW activity. The third (1968-1988), was the shortest, the most severe affecting nearly 50% of trees and the more extensive affecting 70% of the study area. This last event was identified for the first time at the limit of the commercial forest revealing evidence of a northward shift on the distribution area of SBW during the 20th century. Overall, this research support the fact that insect outbreaks are a complex and dynamic ecological phenomenon and that understanding natural disturbance cycles at multiples scales is a major concern facing forest vulnerability under climate change.