Managing forest landscapes under global changes : simulation models for scenario evaluation

Les paysages forestiers intensivement aménagés sont des systèmes socio-écologiques complexes exposés à de multiples facteurs de changement. Leur dynamique résulte de plusieurs interactions qui agissent à multi-échelles entre les processus écologiques, les régimes de perturbations naturelles, les activités anthropiques et les facteurs exogènes tels que le climat. Les changements globaux devraient interférer sur ces processus conduisant à une réduction de la résilience des paysages forestiers (c'est-à-dire la capacité de faire face et de s'adapter aux pressions exogènes et aux perturbations) à diverses perturbations simples ou cumulatives. De nouvelles stratégies d'aménagement forestier adaptées aux conditions environnementales futures doivent être développées et étudiées. Dans cette thèse, je présente deux approches de modélisation par simulation pour caractériser les écosystèmes forestiers afin d'évaluer ensuite des stratégies d'aménagement forestier à l'échelle du paysage afin de les appliquer dans un contexte d'incertitude causée par les changements globaux. Toutes les stratégies proposées visent à améliorer la résilience des paysages forestiers aux changements des régimes de perturbations. J'applique chacune de ces deux approches de modélisation à deux régions forestières ayant des degrés d'aménagement distincts. Premièrement, j'explore une politique de réduction du combustible à l'échelle de paysage qui vise à influencer le régime de feu d'un paysage méditerranéen européen vulnérable aux incendies en utilisant un méta-modèle dynamique du paysage. J'ai développé un modèle spatialement explicite de changements d'utilisation du territoire qui est ensuite couplé à un modèle de dynamique feu-végétation spatialement explicite déjà existant. Cette approche de méta-modélisation a été utile pour étudier la variabilité de l'efficacité de la suppression du feu due à la conversion agricole. Les terres agricoles (sites avec faible disponibilité de combustible qui réduissent l'intensité du feu et permet aux pompiers de se rapprocher des fronts d'incendie) ont été réparties dans le paysage à divers taux annuels, selon un schéma spatial dispersé ou agrégé, et selon trois scénarios illustrant la gestion potentielle des incendies dans la région. Deuxièmement, je cherchais à comprendre si l'amélioration de la diversité fonctionnelle ou de la connectivité d'un paysage agro-forestier fragmenté dans le sud-est du Canada favorise la résilience des écosystèmes aux perturbations naturelles et anthropiques. Ici, j'ai introduit une évaluation multi-échelle de la résilience de la forêt basée sur les traits fonctionnels de réponse des espèces et des propriétés du réseau spatial. J'ai testé l'approche pour déterminer si des stratégies de gestion alternatives peuvent prévenir les diminutions de la résilience selon plusieurs scénarios futurs de sécheresse, épidémie, et récolte forestière. Dans le paysage méditerranéen vulnérable aux incendies, j'ai découvert une relation non linéaire entre la quantité de nouvelles terres agricoles allouées dans le paysage et l'efficacité de la suppression des incendies. L'efficacité de suppression des incendies n'a guère augmenté à des taux de conversion annuels à terres agricoles faibles / modérés, mais elle a fortement augmenté à des taux de conversion annuels élevés, ce qui signifie qu'il faut atteindre un certain seuil avant que le système ne devienne plus résistant au feu. Cependant, une augmentation encore plus importante du taux de conversion agricole n'a pas augmenté davantage la suppression des incendies, ce qui signifie que le paysage a atteint sa capacité maximale d'influencer le régime des incendies par des actions de lutte contre l'incendie. De plus, lorsque les terres agricoles étaient réparties en quelques grandes parcelles, l'efficacité était plus élevée (au même taux de conversion à des terres agricoles) et l'aire centrale des parcelles forestières était mieux preservé. Dans le paysage agro-forestier fragmenté du sud-est du Canada, l'enrichissement des parcelles forestières fonctionnellement moins riches par des espèces d'arbres fonctionnellement différentes a eu un plus grand impact sur la diversité et connectivité fonctionnelle par rapport à ne cibler que les parcelles les moins ou les plus connectées. L'enrichissement multifonctionnel des parcelles fonctionnellement pauvres était encore plus efficace qu'une stratégie basée sur des plantations multi-spécifiques (faites au hasard ou dans des zones riveraines). De plus, enrichir avec des espèces résistantes aux ravageurs et parasites a réussi à réduire la mortalité induite par ceux-ci. Cependant, la plantation d'espèces tolérantes à la sécheresse n'a pas mieux réussi à prévenir la mortalité induite suite à une sécheresse que la stratégie visant à accroître la biodiversité globale du paysage. Bien qu'il existe un nombre croissant de modèles pour simuler la dynamique du paysage et d'approches d'évaluation de la résilience des écosystèmes, les méthodes développées dans cette thèse visaient (1) à étudier les interactions spatialement explicites entre changements de couverture, comportement du feu et suppression des incendies; et (2) à évaluer les propriétés de systèmes complexes liées à la résilience des écosystèmes forestiers face aux perturbations naturelles et anthropiques de façon innovantes. D'abord, les changements d'utilisation du territoire peuvent-être modélisés comme un processus d'émergence-contagion, deuxièmement, le méta-modèle dynamique de paysage a un module d'extinction des incendies sensible à la configuration spatiale des combustibles, et troisièmement, les mesures de résilience des écosystèmes sont basées sur des traits fonctionnels de réponse des espèces et sur la topologie du réseau spatial. De plus, dans les deux exemples, les approches de gestion du paysage suggérées sont totalement différentes de ce qui est en train d'être appliqué, ce qui remet en question les régimes de gestion conventionnels. En conclusion, cette thèse propose des méthodologies diversifiées et originales pour évaluer des scénarios de gestion forestière basés sur la résilience pour des paysages forestiers qui sont confrontés aux changements globaux. \n______________________________________________________________________________ \nMOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : couplage de modèles, analyse de réseaux, régimes de perturbations, résilience de la forêt, aménagement du paysage.

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