Problème de déploiement de ressources dans le cas des feux de forêts majeurs - Opérations aériennes

Chaque année le feu brûle quelques dizaines de milliers d’hectares de forêts québécoises. Le coût annuel de prévention et de lutte contre les feux de forêts au Québec est de l’ordre de plusieurs dizaines de millions de dollars. Le présent travail contribue à la réduction de ces coûts à travers l’automatisation du processus de planification des opérations de suppression des feux de forêts majeurs. Pour ce faire, un modèle mathématique linéaire en nombres entiers a été élaboré, résolu et testé; introduisant un nouveau cas particulier à la littérature des Problèmes de Tournées de Véhicules (VRP). Ce modèle mathématique concerne le déploiement aérien des ressources disponibles pour l’extinction des incendies. Le modèle élaboré a été testé avec CPLEX sur des cas tirés de données réelles. Il a permis de réduire le temps de planification des opérations d’extinction des feux de forêts majeurs de 75% dans les situations courantes.

Impacts des dépositions atmosphériques de fer sur les assemblages phytoplanctoniques et la production de diméthylsulfure dans le Pacifique Nord-Est contemporain et dans le contexte de l’acidification des océans

La croissance du phytoplancton est limitée par les faibles concentrations de fer (Fe) dans près de 40% de l’océan mondial. Le Pacifique subarctique Nord-Est représente une de ces zones limitées en fer et désignées High Nutrient - Low Chlorophyll (HNLC). Cet écosystème, dominé par des cellules de petite taille telles les prymnésiophytes, est caractérisé par de très faibles concentrations estivales de chlorophylle a et de fortes concentrations de macronutriments. Il a été maintes fois démontré que les ajouts de fer, sous différentes formes chimiques (habituellement FeSO4), dans les zones HNLC, stimulent la croissance et modifient la structure des communautés planctoniques en favorisant la croissance des cellules de grande taille, notamment les diatomées. Ces effets sur la communauté planctonique ont le potentiel d’influencer les grands mécanismes régulateurs du climat, tels la pompe biologique de carbone et la production de diméthylsulfure (DMS). Les poussières provenant des déserts du nord de la Chine sont reconnues depuis longtemps comme une source sporadique importante de fer pour le Pacifique Nord-Est. Malgré leur importance potentielle, l’influence directe exercée par ces poussières sur l’écosystème planctonique de cette zone HNLC n’a jamais été étudiée. Il s’agit d’une lacune importante puisque le fer associé aux poussières est peu soluble dans l’eau de mer, que la proportion biodisponible n’est pas connue et que les poussières peuvent avoir un effet inhibiteur chez le phytoplancton. Cette thèse propose donc, dans un premier temps, de mesurer pour la première fois l’effet de la fertilisation de la communauté planctonique du Pacifique Nord-Est par un gradient de concentrations de poussières désertiques naturelles. Cette première expérimentation a démontré que le fer contenu dans les poussières asiatiques est biodisponible et qu’une déposition équivalente à celles prenant place au printemps dans le Pacifique Nord-Est peut résulter en une stimulation significative de la prise de nutriments et de la croissance du phytoplancton. Mes travaux ont également montré que l’ajout de 0,5 mg L-1 de poussières peut résulter en la production d’autant de biomasse algale que l’ajout de FeSO4, l’espèce chimique utilisée lors des expériences d’enrichissement en fer à grande échelle. Cependant, les ajouts de FeSO4 favorisent davantage les cellules de petite taille que les ajouts de poussières, observation démontrant que le FeSO4 n’est pas un proxy parfait des poussières asiatiques. Dans un deuxième temps, je me suis intéressée à une source alternative de fer atmosphérique, les cendres volcaniques. Mon intérêt pour cette source de fer a été attisé par les observations d’une floraison spectaculaire dans le Pacifique Nord-Est, ma région d’étude, associée à l’éruption de 2008 du volcan Kasatochi dans les îles Aléoutiennes. Forte de mon expérience sur les poussières, j’ai quantifié l’effet direct de ces cendres volcaniques sur la communauté planctonique du Pacifique Nord-Est. Mes résultats ont montré que le fer contenu dans les cendres volcaniques est également biodisponible pour le phytoplancton. Ils ont également montré que cette source de fer peut être aussi importante que les poussières désertiques dans la régulation de la croissance du phytoplancton dans cette partie de l’océan global à l’échelle millénaire. Dans un troisième temps, j’ai estimé comment l’acidification des océans modulera les réponses des communautés planctoniques aux dépositions naturelles de fer mises en évidence lors de mes expériences précédentes. Pour ce faire, j’ai effectué des enrichissements de poussière dans de l’eau de mer au pH actuel de 8.0 et dans l’eau de mer acidifiée à un pH de 7.8. Mes résultats ont montré une diminution du taux de croissance du phytoplancton dans le milieu acidifié mais pas de changement notable dans la structure de la communauté. Les ajouts de poussières et de cendres, de même que les variations de pH, n’ont pas eu d’effet significatif sur la production de DMS et de son précurseur le diméthylsulfoniopropionate (DMSP), probablement en raison de la courte durée (4 jours) des expériences. L’ensemble des résultats de cette thèse montre que le fer contenu dans diverses sources atmosphériques naturelles est biodisponible pour le phytoplancton du Pacifique Nord-Est et que des taux de déposition réalistes peuvent stimuler la croissance de manière notable dans les premiers jours suivant une tempête désertique ou une éruption volcanique. Finalement, les résultats de mes expériences à stresseurs multiples Fer/acidification suggèrent une certaine résistance des communautés phytoplanctoniques à la diminution du pH prédite d’ici la fin du siècle pour les eaux de surface des océans.

Réponse de la végétation riveraine et littorale aux variations forcées de niveaux d’eau lacustres dans les Laurentides méridionales

La végétation riveraine et littorale de l’est du Canada a été sévèrement altérée par la drave et plusieurs barrages lacustres subsistent, mais leurs effets et ceux de leur retrait sont peu documentés. Cette étude visait à: i) mesurer les changements de la structure et de la composition végétale des zones riveraines et littorales en fonction de l’élévation par rapport au plan d’eau, ii) évaluer le temps de retour de la végétation à son état de référence naturel suite au retrait de barrages et iii) déterminer les facteurs régissant les réponses de la végétation à ces variations de niveaux d’eau. La structure et la composition végétale suite à la restauration d’un barrage a été comparée sur deux lacs : un témoin et un comprenant quatre bassins présentant un gradient d’influence du barrage. Suite au retrait de barrage, la végétation a été examinée sur quatre lacs, dont un témoin. Les principaux facteurs qui influençaient la végétation riveraine et littorale en présence d’un barrage étaient l’élévation actuelle par rapport au lac et l’ampleur de l’influence du barrage. Suite à un démantèlement de barrage, les principaux facteurs d’influence étaient l’élévation par rapport au rivage et le nombre d’années depuis le retrait de barrage. En présence d’un barrage, la végétation riveraine était caractérisée par la transformation de hautes terres en forêt humide riveraine qui partageait des caractéristiques avec le témoin. À partir de 1 m d’élévation, la végétation était caractérisée par une forêt sèche. Dans les premières années suivant le retrait de barrage, la végétation littorale était composée d’herbiers submergés mixtes à faible densité avec une forte diversité spécifique près du rivage. La structure et la composition végétale étaient similaires au témoin après 16 ans. Il n’y avait pas d’évidence que les communautés végétales déviaient de leur trajectoire successionnelle naturelle sous l’influence des nouvelles conditions environnementales.

Traitement du ruissellement routier chargé en sels de déglaçage et en métaux lourds par un marais épurateur construit et adapté

Depuis la construction de l’autouroute 40 dans les années 70 (tronçon Félix-Leclerc), le lac Saint-Augustin s’est grandement enrichi en sels de déglaçage et en métaux lourds. Un marais épurateur construit et adapté (MECA), dans lequel ont été intégrées des plantes halophytes, a donc été implanté afin traiter une partie des eaux de ruissellement provenant de l’autouroute. Le comportement et l’efficacité de ce dernier ont été évalués afin de déterminer si cette technologie était en mesure de pallier à la problématique de contamination. Les observations et les analyses ont permis d’établir que les plantes halophytes sont mal adaptées aux conditions environnementales du MECA et que seulement environ 1% des sels sont emmagasinés dans les plantes. Les concentrations mesurées dans les eaux ont montré que le MECA est efficace pour emmagasiner du sel de déglaçage, principalement en période de temps sec, mais que les quantités accumulées sont peu significatives par rapport aux quantités introduites.

Automatisation de la fonction de façonnage de deux têtes d’abatteuses-façonneuses : Effets sur la productivité et le taux de conformité des billes façonnées

Pour rester compétitives, les entreprises forestières cherchent à contrôler leurs coûts d’approvisionnement. Les abatteuses-façonneuses sont pourvues d’ordinateurs embarqués qui permettent le contrôle et l’automatisation de certaines fonctions. Or, ces technologies ne sont pas couramment utilisées et sont dans le meilleur des cas sous-utilisées. Tandis que l’industrie manifeste un intérêt grandissant pour l’utilisation de ces ordinateurs, peu de travaux de recherche ont porté sur l’apport en productivité et en conformité aux spécifications de façonnage découlant de l’usage de ces systèmes. L’objectif de l’étude était de mesurer les impacts des trois degrés d’automatisation (manuel, semi-automatique et automatique) sur la productivité (m3/hmp) et le taux de conformité des longueurs et des diamètre d’écimage des billes façonnées (%). La collecte de données s’est déroulée dans les secteurs de récolte de Produits forestiers résolu au nord du Lac St-Jean entre les mois de janvier et d’août 2015. Un dispositif en blocs complets a été mis en place pour chacun des cinq opérateurs ayant participé à l’étude. Un seuil de 5 % a été employé pour la réalisation de l’analyse des variances, après la réalisation de contrastes. Un seul cas a présenté un écart significatif de productivité attribuable au changement du degré d’automatisation employé, tandis qu’aucune différence significative n’a été détectée pour la conformité des diamètres d’écimage; des tendances ont toutefois été constatées. Les conformités de longueur obtenues par deux opérateurs ont présenté des écarts significatifs. Ceux-ci opérant sur deux équipements distincts, cela laisse entrevoir l’impact que peut aussi avoir l’opérateur sur le taux de conformité des longueurs.

Synthèse et caractérisation des matériaux nanostructurés et leur mise en oeuvre comme photocatalyseurs pour la dégradation du glyphosate en milieux aqueux

L’utilisation des pesticides n’a cessé d’augmenter en particulier le glyphosate, herbicide utilisé principalement dans l’agriculture. Ses effets ont été démontrés néfastes sur l’environnement et sur la santé humaine. Bien que la plupart du glyphosate résiduel soit adsorbé par les constituants du sol, une partie peut être désorbée ou atteindre les eaux de surface par érosion. Le renforcement des normes de qualité de l’eau en milieu agricole et urbain entraîne le développement de nouveaux procédés. Les photocatalyseurs à base de TiO2 peuvent procurer une solution attrayante pour l’élimination de cet herbicide. Actif uniquement dans le domaine de l’UV qui représente 4% du rayonnement solaire, étendre cette réactivité photocatalytique dans le domaine du visible est un enjeu majeur. Le dopage du TiO2 à l’azote et au graphène a permis une élimination totale du glyphosate au bout de 30 minutes. Après sa synthèse, le photocatalyseur GR-N/TiO2 a été caractérisé par différentes techniques à savoir la diffraction des rayons X (DRX), l’infrarouge à transformée de Fourier (FTIR), la spectroscopie de photoélectrons X (XPS) et la microscopie électronique par transmission (TEM). L’activité photocatalytique est testée sur la dégradation du glyphosate sous irradiation de la lumière visible. Les résultats montrent que le composite GR-N/TiO2 peut effectivement photodégrader le glyphosate grâce à une amélioration impressionnante de l’activité photocatalytique due à une grande adsorption du glyphosate sur le nanomatériau synthétisé et à l’extension de l’absorption au domaine du visible.

Dynamique de l'oxygène et l'activité microbienne dans les lacs de fonte du pergélisol subarctique

Les lacs de thermokarst (lacs peu profonds créés par le dégel et l’érosion du pergélisol riche en glace) sont un type unique d’écosystèmes aquatiques reconnus comme étant de grands émetteurs de gaz à effet de serre vers l’atmosphère. Ils sont abondants dans le Québec subarctique et ils jouent un rôle important à l’échelle de la planète. Dans certaines régions, les lacs de thermokarst se transforment rapidement et deviennent plus grands et plus profonds. L’objectif de cette étude était d’améliorer la compréhension et d’évaluer quelles variables sont déterminantes pour la dynamique de l’oxygène dans ces lacs. C’est pourquoi j’ai examiné les possibles changements futurs de la dynamique de l’oxygène dans ces lacs dans un contexte de réchauffement climatique. Une grande variété de méthodes ont été utilisées afin de réaliser cette recherche, dont des analyses in situ et en laboratoire, ainsi que la modélisation. Des capteurs automatisés déployés dans cinq lacs ont mesuré l’oxygène, la conductivité et la température de la colonne d’eau en continu de l’été 2012 jusqu’à l’été 2015, à des intervalles compris entre 10 à 60 minutes. Des analyses en laboratoire ont permis de déterminer la respiration et les taux de production bactériens, les variables géochimiques limnologiques, ainsi que la distribution de la production bactérienne entre les différentes fractions de taille des communautés. La température de l’eau et les concentrations d’oxygène dissous d’un lac de thermokarst ont été modélisées avec des données du passé récent (1971) au climat futur (2095), en utilisant un scénario modéré (RCP 4.5) et un scénario plus extrême (RCP 8.5) de réchauffement climatique. Cette recherche doctorale a mis en évidence les conditions anoxiques fréquentes et persistantes présentes dans de nombreux lacs de thermokarst. Aussi, ces lacs sont stratifiés pendant l’hiver comme des concentrations élevées d’ions s’accumulent dans leurs hypolimnions à cause de la formation du couvert de glace (cryoconcentration) et de la libération des ions avec la respiration bactérienne. Les différences de température contribuent également à la stabilité de la stratification. La dynamique de mélange des lacs de thermokarst étudiés était contrastée : la colonne d’eau de certains lacs se mélangeait entièrement deux fois par année, d’autres lacs se mélangeaient qu’une seule fois en automne, alors que certains lacs ne se mélangeaient jamais entièrement. Les populations bactériennes étaient abondantes et très actives, avec des taux respiratoires comparables à ceux mesurés dans des écosystèmes méso-eutrophes ou eutrophes des zones tempérées de l’hémisphère nord. L’érosion des matériaux contenus dans le sol des tourbières pergélisolées procure un substrat riche en carbone et en éléments nutritifs aux populations bactériennes, et ils constituent des habitats propices à la colonisation par des populations de bactéries associées aux particules. Le modèle de la concentration d’oxygène dissous dans un lac a révélé que le réchauffement des températures de l’air pourrait amincir le couvert de glace et diminuer sa durée, intensifiant le transfert de l’oxygène atmosphérique vers les eaux de surface. Ainsi, la concentration en oxygène dissous dans la colonne d’eau de ce lac augmenterait et les périodes de conditions anoxiques pourraient devenir plus courtes. Finalement, cette thèse doctorale insiste sur le rôle des lacs de thermokarst comme des réacteurs biogéochimiques pour la dégradation du carbone organique, qui était retenu dans les sols gelés, en gaz à effet de serre libérés dans l’atmosphère. L’oxygène est un indicateur sensible du mélange de la colonne d’eau et de la dynamique chimique des lacs, en plus d’être une variable clé des processus métaboliques.

Foresterie urbaine : recensement mondial des publications, situation actuelle et besoins de recherche des municipalités canadiennes

L’arbre en ville offre plusieurs bienfaits, et ce, même s’il est souvent confronté à des conditions de vie difficiles. Au cours des années, la foresterie urbaine a suscité plusieurs travaux de recherches. Ce projet visait à faire un recensement des publications scientifiques de recherche en foresterie urbaine, à faire l’état de la situation des municipalités en matière de foresterie urbaine et à identifier les besoins de recherche en foresterie urbaine des municipalités canadiennes de 5 000 habitants et plus. Le premier objectif a été réalisé en utilisant plusieurs bases de données d’articles scientifiques et des mots clefs en foresterie urbaine. Un sondage pancanadien a permis de réaliser les deux autres objectifs. Le recensement que nous avons effectué des publications en foresterie urbaine depuis 1800 a montré, comme pour les publications scientifiques en général, mais de façon encore plus marquée, un accroissement de leur nombre ces dernières années. Ce recensement a aussi permis de révéler que les préoccupations de recherche touchent surtout l’effet des arbres sur la santé humaine et la qualité de l’air. L’identification des besoins de recherche réalisée auprès des responsables des espaces verts a permis de constater qu’il y avait toujours place pour la recherche dans ce domaine. Les municipalités veulent connaître, entre autres, quelles espèces d’arbres sont adaptées à l’environnement urbain, quel est l’effet des arbres sur le ruissellement des eaux de pluie et sur la santé humaine. Nous avons aussi constaté qu’il y avait un manque de transfert de connaissances entre les chercheurs et les responsables d’espaces verts ou que les recherches menées ne répondent pas aux besoins exprimés par les répondants. Le présent mémoire a permis de mieux cerner les besoins de recherche des municipalités canadiennes et permettra aux chercheurs de mieux définir les priorités de recherche en foresterie urbaine.

Dynamique holocène de la végétation et des feux d’un paysage contemporain dominé par des espèces de début de succession au sein de la Pessière à mousses de l’Ouest du Québec

Dans le contexte d’études visant à établir des liens entre les paysages forestiers naturels actuels et la façon dont ils se sont transformés au cours de l’Holocène (variabilité naturelle), il est important de définir des stratégies sylvicoles qui répondent aux critères de la mise en place de l’aménagement écosystémique. Au sein du domaine bioclimatique de la pessière à mousses de l’Ouest du Québec, certains paysages forestiers sont aujourd’hui caractérisés par de vastes peuplements de début de succession dominés par le peuplier faux-tremble et le pin gris. Les objectifs de cette étude étaient 1) de reconstituer l’histoire postglaciaire de la végétation et des feux d’un secteur dominé par de tels peuplements, et 2) de préciser leur variabilité naturelle plurimillénaire. À cette fin, les paysages forestiers d’un territoire couvrant une superficie de 4000 km2 dans la région de la plaine du lac Matagami ont d’abord été caractérisés. Dans un deuxième temps, l’histoire de la végétation et des feux a été reconstituée à l’aide de l’analyse pollinique et anthracologique de deux tourbières. Les lieux de prélèvement des sédiments ont été choisis en fonction d’obtenir un enregistrement local et extra-local de l’histoire des forêts jouxtant chacune des tourbières. Les résultats montrent que la majeure partie de l’Holocène (7000 à 1000 ans A.A.) a été caractérisée des feux peu fréquents qui ont permis le maintien de paysages dominés par la pessière noire à sapin baumier. Au cours des 1000 dernières années, des feux plus fréquents et sans doute plus sévères et de plus grandes étendues ont provoqué une diminution de l’abondance du sapin et une augmentation des espèces de début de succession. Les feux du dernier millénaire seraient ainsi à l’origine des actuels peuplements de début de succession qui se maintiendraient selon une dynamique de récurrence.

Utilisation d’arbres de faible vigueur provenant de forêts feuillues tempérées comme matière première pour la fabrication de granules de bois

La présente étude avait pour objectif de contribuer à une meilleure compréhension de la granulation des bois feuillus par l’évaluation de la possibilité technique de transformer des bois feuillus de faible vigueur (l’érable à sucre et le bouleau jaune) en granules conventionnels et granules de haute qualité, un type prometteur de transport énergétique. Trois études individuelles ont été réalisées et présentées dans cette thèse. La première étude visait à déterminer s’il y a des changements de teneur en extractibles, cendres, et lignine du bois entre les classes de vigueur des arbres. Les teneurs plus élevées en extractibles et en lignine dans les arbres peu vigoureux ont suggéré que ces derniers sont plus appropriés par rapport aux arbres vigoureux pour la conversion en biocombustibles solides. La deuxième étude visait à optimiser des procédés de granulation des bois feuillus. L’étude a porté sur l’influence des paramètres du procédé (la température et la force de compression) et des caractéristiques de la matière première (la taille des particules et la teneur en humidité) sur les propriétés physiques et mécaniques des granules de bois. Le procédé de granulation doit être effectué à une température d’environ 100 °C pour minimiser la force de friction dans le granulateur et à une teneur en humidité d’environ 11,2% pour maximiser la masse volumique et la résistance mécanique des granules produites. Cette étude a également confirmé que les arbres de faible qualité sont plus appropriés pour la fabrication de granules de bois que les arbres vigoureux. La troisième étude visait l’élaboration de granules de haute qualité. L’eau chaude à température élevée a été utilisée pour modifier les propriétés de la matière première avant granulation. Les caractéristiques de granulation du matériau traité ont été significativement améliorées. Les granules produites ont montré des propriétés améliorées incluant une plus faible teneur en cendres, une plus haute densité énergétique, une meilleure résistance à l’eau, et une meilleure résistance mécanique. Les résultats obtenus de toutes ces études ont démontré la nécessité de bien connaître les fondements de la granulation des bois feuillus et les solutions pratiques pour l’utilisation d’arbres feuillus de faible qualité, le premier peut être applicable pour le développement de procédés de granulation et le dernier peut contribuer à long terme à la restauration des forêts feuillues dégradées en termes de santé des forêts et de leur valeur.

Les hommes forts, un idéal masculin des festivals forestiers au Québec, 1967-1990

S’appuyant sur l’histoire du genre et du sport, ce mémoire se penche sur l’un des idéaux masculins québécois de la deuxième moitié du XXe siècle : les « hommes forts ». Ainsi, nous tentons ici de mieux comprendre l’association pour cette période entre la force physique et la masculinité. Pour ce faire, la démonstration examine les compétitions de force inscrites à la programmation de cinq festivals populaires se déroulant entre 1967 et 1990 dans différentes régions forestières du Québec : le Festival des Raftsmen de Hull (1967-1973), le Festival des Sucres de Saint-Jean-de-Matha (1974-1984), le Festival du Bûcheron de Normétal (1975-1987), le Festival de la Grosse Bûche de Saint-Raymond (1976-1990) ainsi que le Festival du Bûcheron de Sainte-Aurélie (1979-1986). La consultation de journaux régionaux a permis de mettre en évidence la persistance du modèle du bûcheron traditionnel québécois malgré une tension présente avec le modèle du bûcheron moderne. Le corpus a également souligné les différentes visions accolées aux concurrents des épreuves par les acteurs présents dans les évènements, fait ressortir la mise en scène d’activités à la fois ludiques et professionnelles, exposé des liens décisifs avec l’histoire régionale, mais particulièrement présenté « l’homme fort » comme modèle masculin, sauf exception.