Étude de la structure et de la dynamique des houppiers à partir de données de lidar terrestre

Martin, Olivier (2017). « Étude de la structure et de la dynamique des houppiers à partir de données de lidar terrestre » Thèse. Montréal (Québec, Canada), Université du Québec à Montréal, Doctorat en biologie.

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Résumé

La structure de la canopée joue plusieurs rôles importants dans le fonctionnement des écosystèmes forestiers. Elle est définie par l'emplacement, la taille et la forme des arbres qui la compose. Elle peut donc être étudiée à l'échelle du peuplement entier, ou à celle des arbres individuels. Toutefois, les dimensions, la complexité et la longévité des arbres rendent l'étude de leur structure difficile. Depuis une dizaine d'années, des technologies comme le LiDAR (Light Detection And Ranging) ont fait leur apparition dans le monde de l'écologie et de l'aménagement des forêts. Ce type d'outil fournit une représentation tridimensionnelle (3D) très précise de la structure de la canopée. L'objectif global de ma thèse était d'étudier la structure et la dynamique des houppiers d'arbres individuels à l'aide du LiDAR terrestre (LiDAR-t) dans un contexte de réponse à la diversité du peuplement. Dans le premier chapitre, l'objectif était d'étudier l'effet de la mixité sur la structure du houppier de l'érable à sucre et sur la pression de compétition qu'il subit. De nouvelles métriques de structure du houppier et des indices de compétition ont été développées à partir de données de LiDAR-t. Les résultats montrent que la pression de compétition est moins forte en peuplement mixte et que les érables occupent l'espace de façon plus efficace. Ces résultats illustrent la grande plasticité du houppier de l'érable à sucre. Par ailleurs, ils soutiennent l'importance d'un aménagement des forêts plus complexe où la diversité spécifique peut entrainer une complémentarité des traits de houppier et une meilleure exploitation de l'espace. Finalement, la capacité du LiDAR-t à décrire la structure des houppiers et la compétition pour la lumière est mise en évidence au travers de l'approche utilisée. Dans le deuxième chapitre, l'objectif était de quantifier des profils verticaux des feuilles et du bois à partir de données de LiDAR-t et de comparer la forme des distributions entre espèces (érable à sucre et sapin baumier) et types de peuplement (pur et mixte). Une méthode a été mise au point pour discriminer la matière foliaire de la matière ligneuse à partir d'une approche géométrique sur le nuage de point. Les résultats montrent que la distribution du feuillage de l'érable à sucre est plus basse en peuplement mixte qu'en peuplement pur. L'inverse est observé pour le sapin baumier. Ceci suggère une fois de plus que l'érable à sucre est avantagé en peuplement mixte par rapport au peuplement pur. Ce n'est en revanche pas le cas pour le sapin baumier. Finalement les avantages et les limites de la méthode de séparation du feuillage et du bois sont soulevés. L'objectif du troisième chapitre était de mettre au point une méthode permettant de quantifier les changements du houppier des arbres à partir de données multitemporelles de LiDAR-t. Le principe de la méthode est de récupérer tous les points du nuage de points au temps tx qui se trouvent au-delà de la limite du houppier au temps to (défini par une enveloppe). L'approche a été appliquée à titre d'exemple pour quantifier la réponse d'érable à sucre et de sapin baumier aux trouées. Les résultats montrent que les érables à sucre ont une réponse beaucoup plus forte que les sapins baumiers. Par ailleurs, les deux espèces ont tendance à ouvrir leur houppier en réponse au dégagement des compétiteurs et à réoccuper l'espace vers le bas. Ces résultats révèlent une fois de plus l'importante plasticité de l'érable à sucre et l'importance de quantifier les changements de la végétation dans toutes les directions. Finalement, les applications potentielles de la méthode à d'autres espèces et à la dynamique des trouées sont discutées. Au travers de ces trois chapitres, ma thèse de doctorat a permis de relever plusieurs défis méthodologiques liés à l'utilisation du LiDAR-t en forêt. À partir de ces méthodes, ma thèse a répondu à des questions d'écologie et du développement des arbres. Ainsi, des approches statiques comparant, des indices de compétition, des métriques 3D et des profils de houppier à un instant donné dans différents types de peuplement ont été utilisées dans le premier et deuxième chapitre. Une approche dynamique permettant un suivi précis de la réoccupation de l'espace par les houppiers a été utilisée dans le troisième chapitre. Ces approches ont permis de caractériser l'occupation de l'espace des deux espèces en fonction de l'environnement local. La plasticité importante du houppier des érables à sucre et les effets bénéfiques de la diversité du peuplement sur son développement ont été mis en évidence. Le sapin baumier montre une réponse à la diversité du peuplement plus mitigé. Ces résultats soulèvent alors plusieurs questions et ouvrent des perspectives de recherche quant à l'effet de la diversité sur l'occupation de l'espace à l'échelle du peuplement. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : LiDAR-t, peuplement mixte, plasticité, compétition pour la lumière, structure du houppier, développement du houppier, distribution vertical.

Type: Thèse ou essai doctoral accepté
Informations complémentaires: La thèse a été numérisée telle que transmise par l'auteur.
Directeur de thèse: Schneider, Robert
Mots-clés ou Sujets: Couvert forestier / Houppier -- Structure / Trouées forestières / Lidar / Forêts mixtes / Érable à sucre / Sapin baumier / Compétition / Arbres -- Développement / Dynamique forestière
Unité d'appartenance: Faculté des sciences > Département des sciences biologiques
Déposé par: Service des bibliothèques
Date de dépôt: 14 févr. 2018 11:01
Dernière modification: 14 févr. 2018 11:01
Adresse URL : http://archipel.uqam.ca/id/eprint/10887

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