Structure et dynamique des communautés multi-espèces : le rôle de l’espace

Cette thèse porte sur le rôle de l’espace dans l’organisation et dans la dynamique des communautés écologiques multi-espèces. Deux carences peuvent être identifiées dans les études théoriques actuelles portant sur la dimension spatiale des communautés écologiques : l’insuffisance de modèles multi-espèces représentant la dimension spatiale explicitement, et le manque d’attention portée aux interactions positives, tel le mutualisme, en dépit de la reconnaissance de leur ubiquité dans les systèmes écologiques. Cette thèse explore cette problématique propre à l’écologie des communautés, en utilisant une approche théorique s’inspirant de la théorie des systèmes complexes et de la mécanique statistique. Selon cette approche, les communautés d’espèces sont considérées comme des systèmes complexes dont les propriétés globales émergent des interactions locales entre les organismes qui les composent, et des interactions locales entre ces organismes et leur environnement. Le premier objectif de cette thèse est de développer un modèle de métacommunauté multi-espèces, explicitement spatial, orienté à l’échelle des individus et basé sur un réseau d’interactions interspécifiques générales comprenant à la fois des interactions d’exploitation, de compétition et de mutualisme. Dans ce modèle, les communautés locales sont formées par un processus d’assemblage des espèces à partir d’un réservoir régional. La croissance des populations est restreinte par une capacité limite et leur dynamique évolue suivant des mécanismes simples de reproduction et de dispersion des individus. Ces mécanismes sont dépendants des conditions biotiques et abiotiques des communautés locales et leur effet varie en fonction des espèces, du temps et de l’espace. Dans un deuxième temps, cette thèse a pour objectif de déterminer l’impact d’une connectivité spatiale croissante sur la dynamique spatiotemporelle et sur les propriétés structurelles et fonctionnelles de cette métacommunauté. Plus précisément, nous évaluons différentes propriétés des communautés en fonction du niveau de dispersion des espèces : i) la similarité dans la composition des communautés locales et ses patrons de corrélations spatiales; ii) la biodiversité locale et régionale, et la distribution locale de l’abondance des espèces; iii) la biomasse, la productivité et la stabilité dynamique aux échelles locale et régionale; et iv) la structure locale des interactions entre les espèces. Ces propriétés sont examinées selon deux schémas spatiaux. D’abord nous employons un environnement homogène et ensuite nous employons un environnement hétérogène où la capacité limite des communautés locales évoluent suivant un gradient. De façon générale, nos résultats révèlent que les communautés écologiques spatialement distribuées sont extrêmement sensibles aux modes et aux niveaux de dispersion des organismes. Leur dynamique spatiotemporelle et leurs propriétés structurelles et fonctionnelles peuvent subir des changements profonds sous forme de transitions significatives suivant une faible variation du niveau de dispersion. Ces changements apparaissent aussi par l’émergence de patrons spatiotemporels dans la distribution spatiale des populations qui sont typiques des transitions de phases observées généralement dans les systèmes physiques. La dynamique de la métacommunauté présente deux régimes. Dans le premier régime, correspondant aux niveaux faibles de dispersion des espèces, la dynamique d’assemblage favorise l’émergence de communautés stables, peu diverses et formées d’espèces abondantes et fortement mutualistes. La métacommunauté possède une forte diversité régionale puisque les communautés locales sont faiblement connectées et que leur composition demeure ainsi distincte. Par ailleurs dans le second régime, correspondant aux niveaux élevés de dispersion, la diversité régionale diminue au profit d’une augmentation de la diversité locale. Les communautés locales sont plus productives mais leur stabilité dynamique est réduite suite à la migration importante d’individus. Ce régime est aussi caractérisé par des assemblages incluant une plus grande diversité d’interactions interspécifiques. Ces résultats suggèrent qu’une augmentation du niveau de dispersion des organismes permet de coupler les communautés locales entre elles ce qui accroît la coexistence locale et favorise la formation de communautés écologiques plus riches et plus complexes. Finalement, notre étude suggère que le mutualisme est fondamentale à l’organisation et au maintient des communautés écologiques. Les espèces mutualistes dominent dans les habitats caractérisés par une capacité limite restreinte et servent d’ingénieurs écologiques en facilitant l’établissement de compétiteurs, prédateurs et opportunistes qui bénéficient de leur présence.

REFLECT : logiciel de restitution des réflectances au sol pour l’amélioration de la qualité de l'information extraite des images satellitales à haute résolution spatiale

RÉSUMÉ - Les images satellitales multispectrales, notamment celles à haute résolution spatiale (plus fine que 30 m au sol), représentent une source d’information inestimable pour la prise de décision dans divers domaines liés à la gestion des ressources naturelles, à la préservation de l’environnement ou à l’aménagement et la gestion des centres urbains. Les échelles d’étude peuvent aller du local (résolutions plus fines que 5 m) à des échelles régionales (résolutions plus grossières que 5 m). Ces images caractérisent la variation de la réflectance des objets dans le spectre qui est l’information clé pour un grand nombre d’applications de ces données. Or, les mesures des capteurs satellitaux sont aussi affectées par des facteurs « parasites » liés aux conditions d’éclairement et d’observation, à l’atmosphère, à la topographie et aux propriétés des capteurs. Deux questions nous ont préoccupé dans cette recherche. Quelle est la meilleure approche pour restituer les réflectances au sol à partir des valeurs numériques enregistrées par les capteurs tenant compte des ces facteurs parasites ? Cette restitution est-elle la condition sine qua non pour extraire une information fiable des images en fonction des problématiques propres aux différents domaines d’application des images (cartographie du territoire, monitoring de l’environnement, suivi des changements du paysage, inventaires des ressources, etc.) ? Les recherches effectuées les 30 dernières années ont abouti à une série de techniques de correction des données des effets des facteurs parasites dont certaines permettent de restituer les réflectances au sol. Plusieurs questions sont cependant encore en suspens et d’autres nécessitent des approfondissements afin, d’une part d’améliorer la précision des résultats et d’autre part, de rendre ces techniques plus versatiles en les adaptant à un plus large éventail de conditions d’acquisition des données. Nous pouvons en mentionner quelques unes : - Comment prendre en compte des caractéristiques atmosphériques (notamment des particules d’aérosol) adaptées à des conditions locales et régionales et ne pas se fier à des modèles par défaut qui indiquent des tendances spatiotemporelles à long terme mais s’ajustent mal à des observations instantanées et restreintes spatialement ? - Comment tenir compte des effets de « contamination » du signal provenant de l’objet visé par le capteur par les signaux provenant des objets environnant (effet d’adjacence) ? ce phénomène devient très important pour des images de résolution plus fine que 5 m; - Quels sont les effets des angles de visée des capteurs hors nadir qui sont de plus en plus présents puisqu’ils offrent une meilleure résolution temporelle et la possibilité d’obtenir des couples d’images stéréoscopiques ? - Comment augmenter l’efficacité des techniques de traitement et d’analyse automatique des images multispectrales à des terrains accidentés et montagneux tenant compte des effets multiples du relief topographique sur le signal capté à distance ? D’autre part, malgré les nombreuses démonstrations par des chercheurs que l’information extraite des images satellitales peut être altérée à cause des tous ces facteurs parasites, force est de constater aujourd’hui que les corrections radiométriques demeurent peu utilisées sur une base routinière tel qu’est le cas pour les corrections géométriques. Pour ces dernières, les logiciels commerciaux de télédétection possèdent des algorithmes versatiles, puissants et à la portée des utilisateurs. Les algorithmes des corrections radiométriques, lorsqu’ils sont proposés, demeurent des boîtes noires peu flexibles nécessitant la plupart de temps des utilisateurs experts en la matière. Les objectifs que nous nous sommes fixés dans cette recherche sont les suivants : 1) Développer un logiciel de restitution des réflectances au sol tenant compte des questions posées ci-haut. Ce logiciel devait être suffisamment modulaire pour pouvoir le bonifier, l’améliorer et l’adapter à diverses problématiques d’application d’images satellitales; et 2) Appliquer ce logiciel dans différents contextes (urbain, agricole, forestier) et analyser les résultats obtenus afin d’évaluer le gain en précision de l’information extraite par des images satellitales transformées en images des réflectances au sol et par conséquent la nécessité d’opérer ainsi peu importe la problématique de l’application. Ainsi, à travers cette recherche, nous avons réalisé un outil de restitution de la réflectance au sol (la nouvelle version du logiciel REFLECT). Ce logiciel est basé sur la formulation (et les routines) du code 6S (Seconde Simulation du Signal Satellitaire dans le Spectre Solaire) et sur la méthode des cibles obscures pour l’estimation de l’épaisseur optique des aérosols (aerosol optical depth, AOD), qui est le facteur le plus difficile à corriger. Des améliorations substantielles ont été apportées aux modèles existants. Ces améliorations concernent essentiellement les propriétés des aérosols (intégration d’un modèle plus récent, amélioration de la recherche des cibles obscures pour l’estimation de l’AOD), la prise en compte de l’effet d’adjacence à l’aide d’un modèle de réflexion spéculaire, la prise en compte de la majorité des capteurs multispectraux à haute résolution (Landsat TM et ETM+, tous les HR de SPOT 1 à 5, EO-1 ALI et ASTER) et à très haute résolution (QuickBird et Ikonos) utilisés actuellement et la correction des effets topographiques l’aide d’un modèle qui sépare les composantes directe et diffuse du rayonnement solaire et qui s’adapte également à la canopée forestière. Les travaux de validation ont montré que la restitution de la réflectance au sol par REFLECT se fait avec une précision de l’ordre de ±0.01 unités de réflectance (pour les bandes spectrales du visible, PIR et MIR), même dans le cas d’une surface à topographie variable. Ce logiciel a permis de montrer, à travers des simulations de réflectances apparentes à quel point les facteurs parasites influant les valeurs numériques des images pouvaient modifier le signal utile qui est la réflectance au sol (erreurs de 10 à plus de 50%). REFLECT a également été utilisé pour voir l’importance de l’utilisation des réflectances au sol plutôt que les valeurs numériques brutes pour diverses applications courantes de la télédétection dans les domaines des classifications, du suivi des changements, de l’agriculture et de la foresterie. Dans la majorité des applications (suivi des changements par images multi-dates, utilisation d’indices de végétation, estimation de paramètres biophysiques, …), la correction des images est une opération cruciale pour obtenir des résultats fiables. D’un point de vue informatique, le logiciel REFLECT se présente comme une série de menus simples d’utilisation correspondant aux différentes étapes de saisie des intrants de la scène, calcul des transmittances gazeuses, estimation de l’AOD par la méthode des cibles obscures et enfin, l’application des corrections radiométriques à l’image, notamment par l’option rapide qui permet de traiter une image de 5000 par 5000 pixels en 15 minutes environ. Cette recherche ouvre une série de pistes pour d’autres améliorations des modèles et méthodes liés au domaine des corrections radiométriques, notamment en ce qui concerne l’intégration de la FDRB (fonction de distribution de la réflectance bidirectionnelle) dans la formulation, la prise en compte des nuages translucides à l’aide de la modélisation de la diffusion non sélective et l’automatisation de la méthode des pentes équivalentes proposée pour les corrections topographiques.

Vers des aménagements multifonctionnels en zone d'intensification agricole : portée et limites des politiques et pratiques québécoises

Certains territoires caractérisés par une concentration et une intensification de l’agriculture se trouvent aujourd’hui devant des défis environnementaux et sociaux, notamment en ce qui a trait à la qualité des cadres de vie. À cet effet, une panoplie de mesures agroenvironnementales et de cohabitation (lois, programmes, etc.) sont aujourd’hui à la disposition des professionnels de l’aménagement au Québec. Cette recherche s’interroge sur le potentiel de ces outils à réintroduire le caractère multifonctionnel des territoires, c'est-àdire à assurer la prise en compte simultanée de plusieurs fonctions. Pour ce faire, la mise en oeuvre hypothétique de scénarios d’aménagement multifonctionnel issus d’une recherche antérieure est utilisée comme test. La première étape identifie et analyse les outils favorisant la multifonctionnalité des territoires agricoles et formule des hypothèses quant aux blocages qui pourraient limiter la mise en oeuvre des scénarios multifonctionnels. La deuxième étape teste ces hypothèses en faisant intervenir des groupes de discussion rassemblant divers professionnels de l’aménagement à l’échelle supra locale (municipalité régionale de comté). Les résultats témoignent du potentiel des projets d’aménagement conçus à l’échelle du territoire, notamment ceux visant des regroupements de producteurs. Toutefois, l’étude montre que les blocages ne tiennent pas seulement aux caractéristiques des outils en place, mais aussi à la réticence des professionnels à prendre en compte la notion de cadre de vie en zone d’intensification agricole. Quant à l’utilité pour le monde de la pratique de scénarios d’aménagement multifonctionnel issus d’une recherche universitaire, elle s’en trouverait grandement accrue dans un contexte où les professionnels de l’aménagement participeraient à leur construction.

Le braconnage dans le Parc national de l'île de La Réunion

La faune et la flore de l’île de La Réunion atteignent un niveau d’endémisme très élevé avec le tiers de sa surface encore recouverte par des forêts naturelles. Ces conditions exceptionnelles ont favorisé, en 2007, la création du Parc National de La Réunion qui couvre 40 % du territoire. Parmi les différentes atteintes à l’environnement dans les aires du Parc national, le braconnage est devenu, au cours des deux dernières décennies, un phénomène très préoccupant pour les différents acteurs locaux et régionaux qui s’occupent de la gestion de ce problème. Plusieurs espèces braconnées sont actuellement menacées et les dégâts occasionnés par les braconniers sont visibles dans le paysage réunionnais. Ce projet de recherche vise à répondre à la question de recherche suivante : De quelle façon se manifeste le braconnage (les motivations, la fréquence, les techniques, les lieux) dans le Parc national de La Réunion et comment les différents acteurs réagissent-ils face à la pratique du braconnage? La méthodologie de cette recherche repose sur une démarche combinant l’approche exploratoire et l’étude de cas. Les données qualitatives et quantitatives que nous avons utilisées pour cette étude ont été collectées par une recherche bibliographique, une collection de données statistiques, et par des entrevues (exploratoires, semi-dirigées, individuelles non-structurées) réalisées sur le terrain. Les résultats obtenus nous ont permis de constater que le braconnage à La Réunion est un phénomène ancré dans la culture locale et une conséquence directe du contexte économique actuel. Notre recherche a relevé deux catégories de braconniers : les braconniers occasionnels (touristes et braconniers du dimanche) et les braconniers professionnels. Le braconnage de type occasionnel est très largement répandu dans la population, car il s’inscrit dans une continuité des traditions. Le braconnage de type professionnel où le braconnier prélève de façon systématique dans la nature à des fins monétaires, est pratiqué par peu de gens, mais il occasionne de lourdes pertes contrairement au braconnage de type occasionnel. Les différentes méthodes mises en place par les divers acteurs impliqués dans la gestion du braconnage ont été répertoriées et examinées. Tandis que le poinçonnage des plants de vanille et le marquage des tangues sont efficaces, la délation des braconniers et les visites éducatives restent des pistes à explorer, et les conférences rééducatives des braconniers ainsi que la vente de permis de chasse au tangue ont démontré une faible efficacité. Des recommandations pour améliorer la dynamique entre les acteurs impliqués dans la gestion du braconnage ont été données par plusieurs de ces acteurs interrogés au cours de cette recherche.

Portrait et analyse des stratégies à base territoriale pour contrer la pauvreté et l'exclusion dans le territoire de La Petite-Patrie à Montréal. Conditions d’une action intégrée

L’objet de la présente thèse est la lutte contre la pauvreté. Elle cherche à identifier les conditions favorisant la sortie de la pauvreté dans un territoire urbain, ici le quartier de la Petite-Patrie. par une approche territoriale intégrée. S’inscrivant dans la mouvance des multiples initiatives de lutte contre la pauvreté et l’exclusion au Québec, le postulat qui fonde cette recherche est le suivant : la lutte contre la pauvreté par l’approche territoriale intégrée permet : 1) d’instaurer des conditions favorisant la sortie de la pauvreté et 2) de renverser les processus qui mènent à l’appauvrissement des personnes et, du même coup, d’améliorer les conditions et la qualité de vie de celles-ci dans un territoire particulier. Les résultats de cette recherche permettent : 1) de contribuer à la compréhension des dynamiques de lutte contre la pauvreté grâce à une approche considérant les acteurs agissant dans un territoire et, 2) d’éclairer les différents niveaux de conception et de mise en œuvre des politiques et des stratégies d’action, tant au niveau de l’État que de la société civile, sachant que les dispositifs d’intervention intégrés se créent à l’interface des initiatives locales ou régionales et des nouvelles formes de politiques publiques en matière de lutte contre la pauvreté. Les grandes conclusions qui émergent de cette recherche sont au nombre de trois : 1) Si la multidimentionnalité de la pauvreté est acceptée par plusieurs auteurs, on ne peut pas parler d’une seule pauvreté, mais de diverses pauvretés. Les visages de la pauvreté dans le territoire de La Petite-Patrie témoignent de cette diversité des pauvretés, et appellent une variété de stratégies d’action ; 2) Les personnes en situation de pauvreté, en fonction de leurs capacités d’agir, peuvent être appréhendées selon un double profil qui structure de façon importante leur processus de sortie de la pauvreté : le premier groupe rassemble les personnes en situation de pauvreté qui ont des initiatives découlant de leurs capacités d’agir, et le second groupe qui réunit les personnes en situation de pauvreté dont la capacité d’initiative est altérée, apparemment de façon durable, par leurs conditions de vie. Toute stratégie publique de sortie de la pauvreté dans un espace donné devrait alors considérer cette dimension relative aux capacités de rapprochement des individus et des ressources pour soutenir le développement d’une stratégie territoriale intégrée de lutte à la pauvreté plus efficace pour les personnes dont le processus de désaffiliation est plus avancé; 3) Les acteurs de lutte contre la pauvreté dans un territoire, pour réunir les conditions d’une action intégrée et mettre en place des conditions favorables de lutte contre la pauvreté, doivent s’appuyer sur la concertation, les alliances intersectorielles, le leadership inclusif et concerté, les passerelles formelles et fonctionnelles entre acteurs institutionnels, et sur une démarche hybride (emploi et défense des droits) qui constituent des ingrédients fondamentaux pour toute action ou intervention en faveur des personnes en situation de pauvreté vivant dans un cadre territorial défini et accepté par l’ensemble des acteurs locaux. Ce caractère hybride de la démarche permet d’agir de façon différenciée sur les deux groupes de la population. L’intégration est donc avant tout stratégique, c’est-à-dire fondée sur l’articulation d’une pluralité de logique d’action.

Les municipalités dans le secteur énergétique québécois : le cas du chauffage urbain

In a global context of climate change and energy transition, Quebec seems to be privileged, producing a large amount of cheap hydroelectricity. But aside from the established popular belief that Quebec’s energy is abundant, clean and inexpensive, Quebec’s energy future is still precarious. Within a few decades, Quebec will have to import a significant amount of electricity at a higher price than it actually produces it; the cheap exploitable hydro resources will not only get scarcer if not nonexistent; and the national hydroelectric ``cultural`` heritage even seems to quell the development of alternative energies, letting few space for local innovation coming from municipalities. While in many countries, municipalities are recognised as key figures in the energy sector, here, in Quebec, their role in the national energy system seems marginal. As main actors responsible for territorial planning, it seams that municipalities could play a more important role on Quebec’s energy scene. So they can densify their territory, develop active and collective solutions to transportation issues, they can adopt exemplary energetic habits, they can produce their own energy with wind, solar or even district heating systems. District heating and heat networks being less well know and documented in Quebec, the present study aims at explaining their low penetration level in the Quebec energy landscape. The study also attempts to understand what are the main hurdles to the implementation of district heating in Quebec’s particular energetic context. Finally, the research tries to open a discussion on the motives that could incite municipalities to adopt district heating as an energy alternative. Based on some twenty interviews with key actors of the energy and municipal sectors, the findings give some indications that the low penetration level of district heating in the Quebec municipalities could explain itself in part by : the low priced hydroelectricity, the presence of a comfortable, sufficient and pervasive Hydro-Quebec(er) culture, and also by organizational dynamic and a certain political inertia which limit the appropriation of an energy competence by local governments. In turn, the study shows that district heating solutions are more likely to develop in contexts in which : there are minimum urban or energy density levels; the development of district heating coincides with the local or regional economic structure; and where exist a mobilising local leader or local visions from a community in favor of the implementation of alternative energy systems.

La planification métropolitaine et le transit-oriented development (TOD) : les nouveaux instruments de la gouvernance du Grand Montréal

Cette thèse croise les concepts de planification, de gouvernance et de transit-oriented development (TOD) par une étude de la production, de la mise en débat et de l'adoption du plan métropolitain d'aménagement et de développement (PMAD) de la Communauté métropolitaine de Montréal (CMM). Elle expose les résultats de quatre années de recherche qualitative sur les impacts de l'épisode du PMAD et de la stratégie TOD de la CMM sur les pratiques planificatrices et les processus décisionnels du Grand Montréal à l'échelle métropolitaine. Elle révèle que la planification métropolitaine et l'objectif de coordination du transport et de l'aménagement en général ainsi que le PMAD et le concept de TOD en particulier y sont des instruments de gouvernance. Les chapitres 2, 3 et 4 présentent la problématique, le terrain d'enquête et la démarche méthodologique de cette recherche. Le chapitre 5 relate l'épisode du PMAD en analysant son contenu, les procédures par lesquelles la CMM l'a produit, mis en débat et adopté, les réactions des parties prenantes de la région quant à ces aspects et la façon dont elles comptent assurer le suivi de sa mise en œuvre. Le chapitre 6 illustre comment cet épisode a fait du PMAD un instrument de gouvernance pour le Grand Montréal en décortiquant le rôle de la participation publique, des médias, des acteurs des milieux régional et local, des élus, de la CMM et de la société civile de la région au sein de ce processus de changement de registre de la planification et de la gouvernance les déployant sur des bases plus stratégiques et collaboratives. Le chapitre 7 montre que cet épisode a aussi fait du TOD un instrument de gouvernance pour le Grand Montréal en détaillant les tenants et aboutissants du processus d'appropriation, de marchand(is)age et d'instrumentalisation du concept par les élites politiques et techniques à des fins de marketing territorial et de construction de capital politique ouvrant la voie à la stabilisation d'une gouvernance en matière d'aménagement métropolitain. Il se dégage de cette thèse que ces profondes transformations que subissent actuellement la planification et la gouvernance exacerbent le caractère symbiotique de la relation qui les unit.