Les changements environnementaux rรฉcents
Le rรฉchauffement planรฉtaire ne fait maintenant plus lโobjet de controverses au sein de la communautรฉ scientifique. Les nombreux indicateurs utilisรฉs afin dโinfรฉrer les variations du climat arrivent tous ร la mรชme conclusion : les tempรฉratures annuelles moyennes au cours du dernier siรจcle ont non seulement connu une hausse marquรฉe, mais cette derniรจre sโest faite ร un rythme accรฉlรฉrรฉ (IPCC 2013). En effet, les trois derniรจres dรฉcennies ont successivement enregistrรฉ les tempรฉratures les plus chaudes depuis 1850. Outre lโaugmentation de la tempรฉrature atmosphรฉrique, lโaugmentation de la tempรฉrature des masses dโeau ocรฉaniques, lโaugmentation du niveau des ocรฉans, le raccourcissement de la pรฉriode de gel des lacs et des riviรจres, la diminution de la quantitรฉ de glace et de neige ainsi que le changement dans la phรฉnologie de nombreuses espรจces tรฉmoignent dโune planรจte en pleine mutation (Parmesan 2006, IPCC 2013). Ces nombreux constats appuient tous la thรจse quโun rรฉchauffement climatique est en cours et quโil aura sans contredit de nombreuses consรฉquences sur lโensemble du monde vivant. Bien que certains sceptiques tentent toujours de le nier, tout indique que la majeure partie du rรฉchauffement observรฉ est attribuable aux รฉmissions anthropiques de gaz ร effet de serre (GES ; IPCC 2013).
La concentration atmosphรฉrique de ces derniers nโa cessรฉ de croรฎtre depuis lโavรจnement de lโaire industrielle, permettant ร certains gaz comme le CO2 et le CH4 dโatteindre des sommets inรฉgalรฉs au cours des derniers 650 000 ans (IPCC 2013). De 1750 ร 2011, les concentrations de CO2 et de NO2 ont augmentรฉ de 40 % et 20 %, respectivement, tandis que celle de CH4 a enregistrรฉ une augmentation de plus de 150 %. Par consรฉquent, lโeffet combinรฉ de ces GES a augmentรฉ le budget รฉnergรฉtique planรฉtaire de 2,29 W/m2 au cours de cette pรฉriode, tandis que lโeffet de lโactivitรฉ solaire nโaurait augmentรฉ que de 0,05 W/m2 (IPCC 2013). De ce fait, la majeure partie du rรฉchauffement climatique actuel serait expliquรฉe par lโaugmentation de la concentration des GES dโorigine anthropique, plutรดt que par des variations naturelles de lโactivitรฉ solaire. Les observations effectuรฉes sur le terrain ainsi que la grande majoritรฉ des modรจles dรฉveloppรฉs afin de prรฉdire les variations futures du climat suggรจrent fortement que les rรฉgions arctiques et subarctiques sont et seront les plus affectรฉes par le rรฉchauffement climatique (Serreze et al 2000, IPCC 2013). En effet, il est prรฉdit que ce dernier se fera ressentir plus hรขtivement, se fera ร un rythme plus รฉlevรฉ et aura des effets plus importants dans les hautes latitudes de lโhรฉmisphรจre nord (IPCC 2013).
La limite latitudinale des arbres Au coeur de ces rรฉgions nordiques, lโรฉcotone forรชt borรฉale toundra (EFT) revรชt un intรฉrรชt particulier. Cette vaste zone de transition entre la forรชt borรฉale continue et la toundra arbustive (Payette et al 2001) pourrait en effet รชtre le thรฉรขtre de profondes modifications. Certains changements, comme la dรฉgradation du pergรฉlisol et la formation de mares de thermokarst qui lui est associรฉe (Allard et Sรฉguin 1987) ainsi que lโaugmentation de lโactivitรฉ des micro-organismes du sol et, par consรฉquent, lโaccรฉlรฉration de la minรฉralisation des nutriments (Grogan et Chapin 2000) sont dโailleurs dรฉjร observรฉes. Une autre consรฉquence potentielle dโune รฉlรฉvation des tempรฉratures est le dรฉplacement vers le nord de lโaire de rรฉpartition des espรจces vรฉgรฉtales. En effet, le lien รฉtroit entre le climat et la rรฉpartition des diffรฉrents types de vรฉgรฉtation est connu depuis fort longtemps. Les bases scientifiques de cette association ont รฉtรฉ รฉtablies par Alexander von Humboldt au dรฉbut du 19e siรจcle lorsque ce dernier a montrรฉ la concordance entre certaines isothermes et les limites des grandes zones de vรฉgรฉtation.
Or, avec le rรฉchauffement climatique observรฉ et apprรฉhendรฉ, ces isothermes devraient se dรฉplacer vers les pรดles, tout comme les grandes zones de vรฉgรฉtation. Par exemple, la limite des arbres en Amรฉrique du Nord et en Eurasie, qui correspond selon Larsen (1980) ร la position de lโisotherme de 13 ยฐC en juillet, devrait se dรฉplacer vers le nord avec un adoucissement des tempรฉratures. Ces prรฉdictions sont en accord avec de nombreuses รฉtudes palรฉoรฉcologiques ayant montrรฉ des dรฉplacements de la limite des arbres associรฉs ร des variations du climat (MacDonald et al 1993, Tinner et Lotter 2001, Shuman et al 2004). De plus, des travaux rรฉcents relatent que de nombreuses espรจces arborescentes sont limitรฉes physiologiquement par la tempรฉrature ร leur limite septentrionale de rรฉpartition (Sveinbjรถrnsson 2000, Sveinbjรถrnsson et al 2002), suggรฉrant ainsi quโun adoucissement du climat pourrait leur permettre dโรฉtendre leur limite de rรฉpartition vers le nord.
Malgrรฉ ces รฉvidences, la rรฉponse de la limite latitudinale des arbres aux changements climatiques actuels ne semble pas รชtre uniforme ร lโรฉchelle circumpolaire. En effet, une synthรจse dโune quarantaine dโรฉtudes traitant de la dynamique rรฉcente de nombreuses limites latitudinales des arbres montre que seulement la moitiรฉ de celles-ci se sont dรฉplacรฉes vers les pรดles en rรฉponse au rรฉchauffement climatique rรฉcent (21 sur 40), alors quโaucun changement nโa รฉtรฉ dรฉtectรฉ pour les autres (Harsch et al 2009). Ce rรฉsultat laisse supposer que la dynamique des espรจces arborescentes prรฉsentes ร lโEFT ne serait pas contrรดlรฉe uniquement par la tempรฉrature, mais plutรดt par un ensemble de variables climatiques et รฉcologiques. Notons, par exemple, lโinfluence de la microtopographie sur les caractรฉristiques รฉdaphiques locales (quantitรฉ de matiรจre organique, humiditรฉ ; MacDonald et Yin 1999) ainsi que celle du pergรฉlisol sur lโรฉpaisseur de la couche active du sol (Camill et Clark 1998, Frost et al 2012).
Ces deux facteurs ont le potentiel de freiner lโavancรฉe de la limite des arbres en limitant lโรฉtablissement ou la croissance de certaines espรจces arborescentes (Frost et Epstein 2014). Quoi que la remise en circulation des nutriments quโentraine la dรฉgradation du pergรฉlisol soit gรฉnรฉralement favorable ร la croissance et ร lโรฉtablissement des espรจces ligneuses (Lantz et al 2009), une รฉtude rรฉcente prรฉsente un fort dรฉclin du couvert forestier suite aux changements hydriques au centre de lโAlaska, รtats- Unis (Jorgenson et al 2001). De plus, la prรฉsence dโun dรฉcalage entre le dรฉbut du rรฉchauffement et la rรฉponse des espรจces vรฉgรฉtales est souvent รฉnoncรฉe pour expliquer lโapparente immobilitรฉ de la limite des arbres (Chapin et Starfield 1997, Lloyd et al 2002), notamment celui nรฉcessaire ร la production de graines viables (Lescop-Sinclair et Payette 1995, MacDonald et al 1998). Lโinertie de certaines limites septentrionales des arbres pourrait donc รชtre que transitoire.
Outre les exemples prรฉsentรฉs ci-dessus, les interactions entre les espรจces arborescentes et celles de sous-รฉtage, dont les arbustes, pourraient elles aussi influencer la rรฉponse des espรจces arborescentes au rรฉchauffement climatique actuel (Lloyd et Fastie 2003). En effet, de plus en plus de recherches suggรจrent que certains arbustes ont une influence sur le recrutement et la croissance des espรจces arborescentes des forรชts borรฉales (Empetrum hermaphroditum : Nilsson et al 2000, DeLuca et al 2002, Wardle et al 2003 ; Kalmia angustifolia : Krause 1986, Mallik 1994, 1995) ainsi quโร la limite septentrionale des arbres (Senfeldr et al 2014). Parmi les hypothรจses avancรฉes, les arbustes pourraient limiter la croissance de certaines espรจces arborescentes par la libรฉration de composรฉs allรฉlopathiques (Nilsson et Wardle 2005) ou en modifiant les conditions de croissance (humiditรฉ, durรฉe du couvert de neige, accรจs ร la lumiรจre ; Soukupova et al 2001, Dullinger et al 2005, Senfeldr et al 2014). Dโun autre cรดtรฉ, le couvert arbustif pourrait aussi protรฉger les jeunes plantules arborescentes des dommages causรฉs par le vent et le froid (Senfeldr et al 2014) et diminuer la pression exercรฉe par les herbivores (Dullinger et al 2005). Quโelle soit positive ou nรฉgative, lโinfluence des arbustes sur la strate supรฉrieure pourrait sโaccentuer au cours des prochaines annรฉes puisque certaines espรจces de la strate arbustive sont considรฉrรฉes comme รฉtant plus promptes ร rรฉagir ร lโaugmentation des tempรฉratures (Epstein et al 2004a, Tape et al 2006, Frost et Epstein 2014).
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Table des matiรจres
Rรฉsumรฉ
Abstract
Table des matiรจres
Liste des tableaux
Liste des figures
Remerciements
Avant-propos
CHAPITRE 1 Introduction gรฉnรฉrale
1.1 Les changements environnementaux rรฉcents
1.2 La limite latitudinale des arbres
1.3 La strate arbustive
1.3.1 Changements rรฉcents
1.3.2 Cause principale de la densification de la strate arbustive : lโaugmentation rรฉcente des tempรฉratures
1.3.3 Autres causes potentielles de la densification de la strate arbustive
1.3.4 Effets de la densification de la strate arbustive sur les communautรฉs vรฉgรฉtales
1.4 Le bouleau glanduleux : espรจce structurante de lโEFT
1.5 Objectifs de la thรจse
CHAPITRE 2 Shrub expansion at the forest-tundra ecotone: spatial heterogeneity linked to local topography
2.1 Rรฉsumรฉ
2.2 Abstract
2.3 Introduction
2.4 Methods
2.4.1 Study area
2.4.2 Ortho-photo analyses
2.4.3 Ground truthing
2.4.4 Statistical analysis
2.5 Results
2.5.1 Shrub cover change
2.5.2 Species implicated
2.6 Discussion
2.6.1 Betula glandulosa, a key species for shrub expansion
2.6.2 Potential causes of shrub expansion: climate change, fire or caribou?
2.7 Conclusion
2.8 Acknowledgments
2.9 Tables
2.10 Figures
CHAPITRE 3 Shrub densification in western Nunavik: the relative influence of historical and topographic variables
3.1 Rรฉsumรฉ
3.2 Abstract
3.3 Introduction
3.4 Methods
3.4.1 Study area
3.4.2 Site selection
3.4.3 Data collection
3.4.4 Statistical analyses
3.5 Results
3.5.1 Shrub communities
3.5.2 Candidate models to explain shrub densification
3.5.3 Influence of shrub densification on the shrub community
3.6 Discussion
3.6.1 Drivers of Betula glandulosa densification
3.6.2 Consequences on shrub community
3.7 Conclusion
3.8 Acknowledgments
3.9 Tables
3.10 Figures
CHAPITRE 4 How do climate and topography influence the greening of the forest tundra ecotone in northwestern Quรฉbec? A dendrochronological analysis of Betula glandulosa
4.1 Rรฉsumรฉ
4.2 Abstract
4.3 Introduction
4.4 Methods
4.4.1 Study area
4.4.2 Site selection and field sampling
4.4.3 Radial growth and climatic data
4.4.4 Axial elongation
4.4.5 NDVI data
4.5 Results
4.5.1 Radial growth and climate
4.5.2 Axial growth and climate
4.5.3 Dwarf birch radial growth and NDVI
4.6 Discussion
4.6.1 Topographic factors influencing dwarf birch growth
4.6.2 Dwarf birch influence on regional greening
4.7 Conclusion
4.8 Acknowledgments
4.9 Tables
4.10 Figures
4.11 Supporting information
CHAPITRE 5 Conclusions gรฉnรฉrales
5.1 Retour sur les rรฉsultats, contributions et limites
5.1.1 รtendue de la densification de la strate arbustive ร lโรฉcotone forรชt borรฉale-toundra
5.1.2 Causes et consรฉquences de la densification de la strate arbustive
5.1.3 La relation entre le climat et la croissance de Betula glandulosa
5.2 Perspectives
Bibliographie
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