Le paillis de Bois Raméal Fragmenté comme approche de restauration écologique des roches stériles en contexte boréal : effets sur la succession spontanée et sur le reboisement par plantation

RÉSUMÉ L'industrie minière, bien que cruciale pour l'économie canadienne et québécoise, engendre des perturbations environnementales considérables, notamment à travers les rejets miniers comme les roches stériles. La réhabilitation des aires de stockage de ce type de rejet minier, exigée par la réglementation québécoise, présente une opportunité pour restaurer les services écologiques présents avant la perturbation du milieu. Cette thèse explore la restauration écologique des roches stériles en contexte boréal, en se concentrant sur l'utilisation du Bois Raméal Fragmenté (BRF) pour améliorer les conditions de ces substrats et faciliter la colonisation par les essences forestières et la plantation d’arbres. Deux dispositifs expérimentaux in situ, conçus en blocs complets aléatoires permettant de tester plusieurs traitements d’apport de matière organique (paillis de BRF et terre végétale), combinés à des approches méthodologiques d’écologie, d’hydrogéologie, de métagénomique et de biostatistique ont permis de mener l’étude d’approches de végétalisation sur des dépôts de roches stériles du site minier Lapa, en Abitibi-Témiscamingue. Les recherches menées ont montré que le paillis de BRF, en particulier celui de saule, améliore les propriétés microclimatiques des substrats de roches stériles, favorisant la colonisation des essences de mi-succession telles que Picea glauca. Cette essence, tolérante aux stress physico-chimiques, a non seulement vu une augmentation du nombre d'individus, mais aussi de leur biomasse. Cependant, l'effet du BRF n'a pas été universellement bénéfique. Par exemple, Abies balsamea, une espèce de mi- et fin de succession, a été négativement affectée par la compétition avec des espèces herbacées dominantes, comme Tussilago farfara, malgré l'amélioration de la rétention d'eau du substrat due au BRF. En parallèle, l'ajout de terre végétale s'est avéré très efficace pour améliorer la croissance et la survie des conifères plantés, en particulier Pinus bankisana, une espèce de début de succession. Cet apport de matière organique a réduit la phytotoxicité des roches stériles, notamment en diminuant la mobilité de l'arsenic, et a augmenté la disponibilité des nutriments essentiels. Contrairement au BRF, la terre végétale a montré un impact significatif sur la croissance des arbres plantés, soulignant son potentiel pour des interventions de restauration plutôt actives et méliorative. L'influence du BRF sur les communautés microbiennes a également été explorée. Le BRF a favorisé la diversité bactérienne et l'abondance de groupes fonctionnels utiles aux plantes, comme les bactéries fixatrices d'azote et certains champignons ectomycorhiziens. Ces communautés microbiennes se sont développées en fonction des propriétés physico-chimiques des substrats, avec une réponse plus déterministe observée chez les bactéries par rapport aux champignons, lors de l’apport de matière organique au substrat minéral. Les travaux ont toutefois des limites, notamment en raison des différences entre les dispositifs expérimentaux et les caractéristiques des substrats étudiés. Des recherches futures à des échelles spatiales et temporelles plus larges, ainsi qu'une comparaison systématique de diverses méthodes d'amélioration des substrats, seront nécessaires pour mieux comprendre et généraliser les résultats obtenus. Cette thèse démontre l'efficacité de la colonisation naturelle et de l'utilisation du BRF pour améliorer les conditions des roches stériles, favorisant ainsi la colonisation par certaines essences pionnière. L'ajout de terre végétale offre également des avantages significatifs pour la croissance des arbres plantés en améliorant la rétention d'eau et la disponibilité des nutriments tout en réduisant la phytotoxicité. Ces résultats fournissent des recommandations pratiques pour la restauration écologique des roches stériles et ouvrent des perspectives pour des recherches futures visant à optimiser ces interventions. ABSTRACT The mining industry, while crucial to the Canadian and Quebec economies, generates considerable environmental disturbance, particularly through mine waste such as waste rock. The rehabilitation of storage areas for this type of mine waste, required by Quebec regulations, presents an opportunity to restore the ecological services present prior to environmental disturbance. This thesis explores the ecological restoration of waste rock in a boreal context, focusing on the use of Ramial Chipped Wood (RCW) to improve the conditions of these substrates and facilitate colonization by forest species and tree planting. Two in situ experimental setups, designed in randomized complete blocks to test several organic matter input treatments (RCW mulch and topsoil), combined with methodological approaches in ecology, hydrogeology, metagenomics and biostatistics allowed to study revegetation approaches on waste rock deposits at the Lapa mine site in Abitibi-Témiscamingue. Research has shown that RCW mulch, particularly willow mulch, improves the microclimatic properties of barren rock substrates, encouraging the colonization of mid-successional species such as Picea glauca. This species, which is tolerant of physico-chemical stresses, not only saw an increase in the number of individuals but also in their biomass. However, the effect of RCW was not universally beneficial. For example, Abies balsamea, a mid- to late-successional species, was negatively affected by competition with dominant herbaceous species such as Tussilago farfara, despite the improved water retention of the substrate due to RCW. At the same time, the addition of topsoil proved highly effective in improving the growth and survival of planted conifers, particularly Pinus bankisana, an early successional species. The addition of organic matter reduced the phytotoxicity of waste rock, notably by reducing the mobility of arsenic, and increased the availability of essential nutrients. Unlike RCW, topsoil showed a significant impact on the growth of planted trees, underlining its potential for rather active and meliorative restoration interventions. The influence of RCW on microbial communities was also explored. RCW promoted bacterial diversity and the abundance of functional groups useful to plants, such as nitrogen-fixing bacteria and some ectomycorrhizal fungi. These microbial communities developed as a function of the physico-chemical properties of the substrates, with a more deterministic response observed in bacteria than in fungi, when organic matter was added to the mineral substrate. However, this work has its limitations, not least the differences between the experimental set-ups and the characteristics of the substrates studied. Future research on broader spatial and temporal scales, as well as a systematic comparison of various substrate enhancement methods, will be required to better understand and generalize the results obtained. This thesis demonstrates the effectiveness of natural colonization and the use of RCW to improve waste rock conditions, thereby promoting colonization by certain pioneer species. The addition of topsoil also offers significant benefits for the growth of planted trees by improving water retention and nutrient availability while reducing phytotoxicity. These results provide practical recommendations for the ecological restoration of waste rock, and open up prospects for future research aimed at optimizing such interventions.

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