Régulation des régimes de feux dans la forêt boréale de la Baie James, Québec.

Erni, Sandy (2016). Régulation des régimes de feux dans la forêt boréale de la Baie James, Québec. Thèse. Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Doctorat en sciences de la terre, 168 p.

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Résumé

Les feux sont la perturbation majeure de la forêt boréale nord-américaine. En raison du réchauffement climatique, il est attendu que la fréquence, la superficie et l’intensité des feux augmentent au cours des prochaines décennies. Le Nord-ouest du Québec devrait être particulièrement affecté par les modifications planétaires du climat car il fait partie des régions qui enregistrent actuellement la plus haute fréquence de feux et les plus grandes superficies brûlées de toute la zone boréale nord-américaine. Anticiper l’activité future des feux et les impacts sur les écosystèmes nécessite de comprendre les mécanismes de régulation des régimes de feux par les forçages climatiques et environnementaux. Dans la première partie de cette thèse, nous avons utilisé la dendrochronologie pour reconstituer systématiquement la variabilité spatio-temporelle de la taille et des intervalles de feux à la Baie James, de même que l’âge correspondant des peuplements, le long d’un transect de 340 km pour la période 1840-2013. Les résultats indiquent que la région a été soumise à des taux de feux élevés au cours des deux derniers siècles, de 2,1% de territoire par année, contrôlés principalement par des anomalies de températures. Cependant, le rajeunissement de la structure d’âges de la mosaïque forestière a été régulé par les taux de feux très bas des secteurs occupés par des terres humides et, plus important, par la faible probabilité de brûler des peuplements âgés de moins de 50 ans. Sans ce rétrocontrôle du combustible, nous avons estimé que des taux de feux très élevés, de l’ordre de 5% du territoire par année, auraient caractérisé la région d’étude au cours du XXème siècle. Cela signifie que, contrairement à ce qui a longtemps été admis en forêt boréale, la mosaïque forestière ne serait pas agencée de manière aléatoire mais répondrait à une structure définie par les propriétés intrinsèques d’âge des peuplements. Les résultats montrent aussi que les taux de feux récents et les superficies des incendies restent dans les limites de leur gamme de variabilité des derniers 175 ans. Néanmoins, des conditions météorologiques extrêmes, telles que celle de l’année 2013, peuvent repousser ces limites à des niveaux historiquement bas. Dans la seconde partie de cette thèse, nous avons utilisé le modèle probabiliste de simulation des feux Burn-P3 afin de comparer les effets de la taille et de l'intensité de la résistance à l'allumage et à la propagation des plaques de feux sur les patrons de probabilité d’incendie de la région d’étude. Nous avons déterminé que la taille des feux explique en majeure partie la variabilité des probabilités d’incendie par rapport aux facteurs de résistance à l’allumage et de résistance à la propagation. Cependant, les mécanismes de résistance des jeunes peuplements contribuent aussi à la variabilité du risque de feux, puisqu’ils peuvent réduire les probabilités d’incendie de 10% à 85%. De plus, nous avons observé que la résistance du combustible altère non seulement le comportement des feux subséquents à l’intérieur des sites brûlés mais aussi à l’extérieur. La diffusion de cette résistance externe dépendrait de la superficie relative des sites brûlés. Nos travaux de simulation montrent donc que la régulation des feux serait soumise à l’interaction entre les caractéristiques permanentes (hydrographie) et les caractéristiques transitoires (mosaïque d’âge) du territoire.

Wildfires are the major disturbance of the North American boreal forest. Due to global warming, frequency, size and intensity of fires are expected to dramatically increase during the coming decades, mainly in higher latitudes. Northwestern Quebec should be particularly affected by climate change because it is part of regions that experience the highest fire frequencies and the largest burned areas in the entire North American boreal domain at the present time. Anticipating and adapting to the future fire activity leads to understanding how climatic and environmental drivers regulate the fire regimes. In the first part of this thesis, we used dendrochronology to systematically reconstruct the spatiotemporal variability of fire extent and fire intervals in James Bay, as well as the resulting forest age, along a 340-km transect for the 1840-2013 time period. Our results show an extremely active fire regime over the past two centuries, with an overall burn rate of 2.1 % of the land area yr-1, mainly triggered by seasonal anomalies of high temperature and severe drought. However, the rejuvenation of the age mosaic was strongly patterned in space and time due to the intrinsically lower burn rates in wetland-dominated areas and, more importantly, to the much-reduced likelihood of burning of stands up to 50 years postfire. In absence of such fuel age effect, we have estimated that extremely high burn rate of ~5% yr-1 would have characterized the study area during the past century. It means that, contrary to previous assumptions in the boreal forest, stand age mosaic would not be randomly patterned but rather structured by intrinsic properties of forest stands. Our findings also show that recent burn rates and fire sizes are within their range of variability of the last 175 years. Nevertheless, particularly severe weather, as seen in 2013, may shift the abundance of mature and old forest to a historic low. In the second part of the thesis, we used the probabilistic model of fire simulation Burn-P3 to compare the effects of the size and the levels of fuel resistance to fire spread and ignition of burned areas on burn probabilities in the study area. We find that fire size explains most of the variability of burn probabilities compared to the fuel age resistance. However, resistances to fire spread and ignition also contribute to the risk of fire as they may decrease burn probabilities from 10 to 85%. Moreover, we found that fuel resistance affects fire behavior not only inside the burned patches but also outside. The spread of that external resistance would depend on the relative size of burned areas. Our simulation work shows that regulation of wildfires would be submitted to the interaction between permanent (hydrography) and temporary features (stand age mosaic) of the landscape.

Type de document:	Thèse Thèse
Directeur de mémoire/thèse:	Bégin, Yves
Co-directeurs de mémoire/thèse:	Arseneault, Dominique
Mots-clés libres:	forêt boréale; feux de forêt; changements climatiques; forçages ascendants et descendants de l’activité des feux; historique des feux; reconstitution dendrochronologique; mosaïque d’âge forestière; rétrocontrôle du combustible; risque de feux; boreal forest; wildfires; climate changes; top-down and bottom-up drivers of fire activity; fire history; dendrochronological reconstitution; boreal stand-age mosaic; fuel feedback, fire risk
Centre:	Centre Eau Terre Environnement
Date de dépôt:	22 mars 2017 20:55
Dernière modification:	26 nov. 2021 14:22
URI:	https://espace.inrs.ca/id/eprint/4892

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