Jean-Pierre Saucier, ing.f., Dr.Sc. Chef du Service de la sylviculture et du rendement des forêts

1. Développements récents de la modélisation de la croissance et du rendement pour la gestion des forêts au Québec Jean-Pierre Saucier, ing.f., Dr.Sc. Chef du Service de la sylviculture et du rendement des forêts Direction de la recherche forestière Ministère des Ressources naturelles Conférence midi du MRN - 30 janvier 2013

2. Utilisation de modèles au MRN • La gestion des forêts et des écosystèmes demande une vision à long terme • Les données cartographiques et d’inventaire donnent une vision instantanée • Au sein des écosystèmes, le changement est constant (croissance, mortalité, perturbations) • Donc il y a un besoin de prédire l’évolution future des écosystèmes au moyen de modèles

3. Utilisation des modèles par le MRN Avant2004 • En forêt naturelles (tables de rendement) • Boudoux 1978 • Épinette noire, sapin (épinette blanche), pin gris • Carpentier 1989-1990-1991 et 1996 • Peuplier faux-tremble, bouleau à papier, érable à sucre, bétulaie jaune à résineux • Gevorkian et Duerr 1939 • Thuya de l’est • Pothier et Savard 1998 • Épinette noire, épinette blanche, sapin, pin gris, peuplier faux-tremble, bouleau à papier et thuya de l’est

4. Utilisation des modèles par le MRN Avant2004 • En plantations (tables de rendement) • Bolghari et Bertrand 1984 • Épinette blanche, épinette de norvège, pin gris, pin rouge, pin blanc, pin sylvestre • Prégent, Bertrand et Charette 1996 • Épinette noire

5. Constats sur les modèles (2004) • Comité scientifique chargé d’examiner le calcul de la possibilité forestière • Commission d’étude sur la gestion de la forêt publique québécoise

6. Constats sur les modèles (2004) • Le modèle par taux utilisé pour les forêts feuillues est inadéquat • Des modèles conçus pour des peuplements purs et réguliers sont appliqués à des peuplements mixtes ou irréguliers • Manque de connaissances sur la succession forestière après perturbation • Absence de calcul de l’incertitude des modèles de prévision

7. Comité consultatif scientifique sur les intrants au calcul de la possibilité forestière • Comité mis en place en mai 2006 • Présidé par Robert Jobidon (DRF) • Membres du MRN et experts externes (fédéral, universités) • Action basée sur les recommandations des rapports de 2004 et sur les besoins exprimés par le forestier en chef • Deux sous-comités • Inventaire: a développé l’application des méthodes KNN à l’inventaire forestier et ainsi permis la NAIPF • Modélisation: a développé les nouveaux modèles pour le calcul de la possibilité livrés en 2009 • Modélisation: a développé les nouveaux modèles pour le calcul de la possibilité livrés en 2009

8. À l’échelle… Pour les plantations Succession forestière de l’arbre du peuplement Développement de nouveaux modèles pour le calcul de la possibilité forestière • En fonction des constats des rapports de 2004 et en tenant compte des besoins exprimés par le forestier en chef.

9. Modèle à l’échelle de l’arbre • Modèle de croissance par tiges individuelles: Artémis-2009 • Pour remplacer le modèle par taux • Étalonné à partir de plus de 11000 placettes-échantillons permanentes • Fait évoluer le diamètre à hauteur de poitrine (DHP) des arbres • Pour 2 à 16 groupes d’espèces • Selon la végétation potentielle et certaines variables climatiques

10. Modèle à l’échelle de l’arbre • Basé sur trois module: croissance, mortalité et recrutement des tiges • Assez flexible pour prévoir des décroissances • Peut prendre en compte les épidémies de TBÉ • Calcul de l’erreur en mode stochastique • Évalué sur une période de 30 ans • N’est pas conçu pour prévoir les croissances immédiates après un traitement sylvicole particulier

11. Modèle à l’échelle de l’arbre • Rendu disponible par le MRN sur la plate-forme CAPSIS pour en faciliter l’utilisation • Depuis 2009, ajout de modules: • Traitement en lots • Mode stochastique ou déterministe • Traitements sylvicoles génériques • Intégration du billonnage FORTIN, M. et LANGEVIN L., 2010. ARTÉMIS-2009 : un modèle de croissance basé sur une approche par tiges individuelles pour les forêts du Québec. Mémoire de recherche forestière n° 156. Ministère des Ressources naturelles et de la Faune, Direction de la recherche forestière. 48 p.

12. Modèle à l’échelle du peuplement • Modèle de croissance par peuplement entier: Natura-2009 • Pour remplacer le modèle Pothier-Savard • Étalonné à partir de plus de 11 000 placettes-échantillons permanentes • Permet de modéliser les peuplements mixtes en utilisant5 groupes d’espèces basés sur la tolérance à l’ombre

13. Modèle à l’échelle du peuplement • Estime le changement temporel du nombre de tiges (N), de la surface terrière (St) et du volume (V) • Modélise simultanément la croissance et la sénescence • Tient compte : • des défoliations causées par la TBÉ • de l’occurrence de perturbations légères naturelles dans l’intervalle

14. Modèle à l’échelle du peuplement • Évalué sur une période de 30 ans • Ne fait pas de distinction entre la mortalité et le recrutement • Ne simule pas l’effet des traitements sylvicoles • Rendu disponible par le MRN sur la plate-forme CAPSIS pour en faciliter l’utilisation POTHIER, D. et AUGER I., 2011. NATURA-2009 : un modèle de prévision de la croissance à l'échelle du peuplement pour les forêts du Québec. Mémoire de recherche forestière n° 163. Ministère des Ressources naturelles et de la Faune, Direction de la recherche forestière. 56 p.

15. Modèle de succession • Modèle de succession après perturbation majeure ou intervention totale: Succès-2009 • Nouveau type de modèle pour remplacer les hypothèses de retour après intervention ou perturbation (feu, épidémies, chablis, friche) • Étalonné à partir de 33 900 placettes-échantillons temporaires

16. Modèle de succession • Modèle de prévision du stade évolutif (probabilité de succession) • Utilise des variables explicatives : • Origine (type de perturbation ou intervention totale) • Classification écologique (domaine bioclimatique, type écologique) • Climat • Perturbation ou intervention partielle • Rendu disponible par le MRNsur la plate-forme CAPSIS

17. Modèle de succession • Imputation des attributs du peuplement futur par la méthode du plus proche voisin (KNN) • Composition en essences • Distribution des diamètres • Temps de succession calculé en tenant compte du délai de régénération • Fournit les intrants pour Artémis ou Natura Saucier, J.-P., Seck, B. et Ouzennou, H. en préparation. Succès-2009 : un modèle de succession forestière aux fins de l’aménagement forestier. Ministère des Ressources naturelles et de la Faune, Direction de la recherche forestière. Mémoire de recherche forestière.

18. Modèle pour les plantations • Modèle de croissance pour les plantations: Épinette Blanche • Modèle de croissance • Table de rendement avec diamètre d’utilisation variable • tarif de cubage et défilement • Étalonné à partir de plus de 420 placettes permanentes mesuréesde deux à quatre fois

19. Modèle pour les plantations • Variables explicatives • Âge de la plantation • Hauteur dominante • Indice de qualité de station (IQS) • Espacement initial • Tient compte de l’effet de la densité sur la forme de la tige (défilement) • Disponible sous forme de chiffrier Excel : CroirePlant • Sera diffusé sous Capsis

20. Modèle pour les plantations • D’autres essences en préparation (pin gris, épinette de Norvège, pin rouge, épinette noire) • Aussi développement d’un tarif de cubage pour les peupliers hybrides en plantation (JICub) PRÉGENT, G., PICHER G. et AUGER I., 2010. Tarif de cubage, tables de rendement et modèles de croissance pour les plantations d'épinette blanche au Québec. Mémoire de recherche forestière n° 160. Ministère des Ressources naturelles et de la Faune, Direction de la recherche forestière. 73 p.. MÉNÉTRIER, J. et AUGER, I., En préparation, Tarif de cubage des peupliers hybrides au Québec. Mémoire de recherche forestière no° xxx. Ministère des Ressources naturelles et de la Faune, Direction de la recherche forestière

21. Modèles tactiques pour la sylviculture des peuplements Modèles spatialement explicites… Pour les érablières Pour les pessières noires SaMARE PRÉSAGE

22. Modèle pour les érablières • Modèle de croissance par tiges individuelles dépendant des distances: SaMARE • Permet de simuler l’effet de différentes modalités de traitements sylvicoles (coupes partielles ou jardinage) • Étalonné à partir 90 placettes-échantillons de grande dimension (témoin et traitées)

23. Modèle pour les érablières • Estimation de la survie, de la croissance et du recrutement • Évolution de la vigueur et des produits de chaque tige • Estimation de l’incertitude associée aux prévisions du modèle • Pour des fins de gestion par objectifs dans l’application de coupes partielles • Rendu disponible par le MRNsur la plate-forme Capsis • Formation aux usagers

24. Modèle pour les érablières FORTIN, M., BÉDARD S. et DEBLOIS J. , 2009. SaMARE : un modèle par tiges individuelles destiné à la prévision de la croissance des érablières de structure inéquienne du Québec méridional. Mémoire de recherche forestière n° 155. Ministère des Ressources naturelles et de la Faune, Direction de la recherche forestière. 44 p. FORTIN, M., BÉDARD, S., DEBLOIS, J. et MEUNIER S., 2009.Assessing and testing prediction uncertainty for single tree-based models: A case study applied to northern hardwood stands in southern Québec, Canada. Ecological Modelling 220(2009) : 2770-2781. FORTIN, M., GUILLEMETTE, F. et BÉDARD, S., 2009. Predicting volumes by log grades in standing sugar maple and yellow birch trees in southern Québec, Canada. Can. J. For. Res. 39 : 1928-1938. FORTIN, M., BÉDARD, S., DEBLOIS, J. et MEUNIER S, 2008.Accounting for error correlations in diameter increment modelling: a case study applied to northern hardwood stands in Québec, Canada. Can. J. For. Res. 38 : 2274-2286. FORTIN, M., BÉDARD, S., DEBLOIS, J. et MEUNIER S, 2008. Prévision de la mortalité des tiges individuelles dans les peuplements de feuillus nobles sous aménagement inéquienne dans le sud du Québec, Canada. Ann. For. Sci. 65 : 1-12.

25. Modèle pour les pessières noires • Modèle de croissance par tiges individuelles dépendant des distances: Présage • Permet de simuler l’effet de différentes modalités de traitements sylvicoles (coupes partielles) • Étalonné à partir de placettesavec tiges cartographiées • Indice de compétition basé sur la lumière

26. Modèle pour les pessières noires • Modules de croissance, de mortalité et de recrutement • Développé sur la plate-forme Capsis • D’autres essences seront intégrées graduellement MAILLY et al. En preparation. Evaluating management strategies in black spruce dominated forests using Presage, a tree distance dependent growth model.

27. Modèles tactiques pour la sylviculture à développer Modèles spatialement explicites… Pour les peuplements mélangés tempérés Pour les sapinières et les peuplements mélangés boréaux

28. Modèles complémentaires Modèles complémentaires Pour estimer les produits En développement Défilement • Pour estimer le carbone • Pour prédire la mortalité à l’échelle du paysage • Pour prédire l’effet des changements climatiques sur la composition en espèces

29. En conclusion • La nouvelle génération de modèles ont certaines caractéristiques communes: • Modulés par des variables géographiques • Utilisent des variables de nature écologique(végétation potentielle, drainage, sols) • Modulés par des variables climatiques • Permettent l’estimation de l’erreur de prévision

30. En conclusion • Une actualisation périodique des modèles permet de tenir compte: • Des nouvelles données disponibles • Des développements mathématiques et statistiques • Des nouveaux besoins qui s’expriment

31. En conclusion • Nouveaux défis en modélisation • Changement aux intrants résultant de la nouvelle approche en inventaire forestier (NAIPF) • Liens avec les produits à généraliser • Évaluation économique à intégrer • Les modèles sont essentiels pour la gestion forestière

32. Remerciements • Tous les chercheurs de la DRF et les collaborateurs externes qui contribuent au développement des modèles • De la DRF • Isabelle Auger, Steve Bédard, Josianne DeBlois, François Guillemette, Daniel Mailly, Jean Ménétrier, Geneviève Picher • Externes • Mathieu Fortin (AgroParisTech), Robert Schneider (UQAR), David Pothier (ULaval), Frédéric Raulier (ULaval)