Calcul de la possibilité forestière en forêt feuillue et mixte: Enjeux et avenues de solution

1. Calcul de la possibilité forestière en forêt feuillue et mixte: Enjeux et avenues de solution Frédérik Doyon, ing. f., PhD Éric Forget, ing. f., M.Sc. Colloque de l’OIFQ sur la détermination de la possibilité forestière, Québec, 27-28 mars 2007

2. Introduction • La forêt feuillue et la forêt mixte (FF&M): une forêt complexe de par: • Sa diversité en espèces et en peuplements; • Sa diversité en structures de peuplement; • L’importance de la qualité des tiges; • Le rôle prépondérant qu’y jouent les coupes partielles; • La complexité de la structure industrielle. • But: Présenter les nouveaux défis que pose le CPF en FF&M et identifier des avenues de solutions. • Problème => illustration du problème => solutions • FF&M: pionnier pour des enjeux qui viendront en forêt boréale avec la venue des coupes partielles. Colloque de l’OIFQ sur la détermination de la possibilité forestière, Québec, 27-28 mars 2007

3. Plan de présentation • L’unité de simulation: regroupement et précision • Problème de précision • Nouveaux regards sur le regroupement • L’évaluation des rendements sous coupes partielles • Problèmes décelés avec le Modèle de croissance par Taux de Sylva II • Les hypothèses de rendements utilisés pour le CPF en FF&M • Le rendement soutenu? Quel rendement soutenu? • Normalisation en FF&M • Le problème du fractionnement du rendement soutenu • Le paysage de référence • La spatialisation et la fragmentation opérationnelle • LES possibilités forestières • Fragmentation opérationnelle en FF&M • Conclusions Colloque de l’OIFQ sur la détermination de la possibilité forestière, Québec, 27-28 mars 2007

4. L’unité de simulation: regroupement et précision Problèmes • Précision sur les unités de simulation • Stock • Composition • Structure • Qualité • Grand nombre de strates = précision? • Recrutement des parcelles exotiques au territoire 1- Regroupement et précision Colloque de l’OIFQ sur la détermination de la possibilité forestière, Québec, 27-28 mars 2007

5. Précision en stock 156 strates Moyenne des IC95%des strates = ±4.2 m2/ha, soit ≈ ± 34 m3/ha! 1- Regroupement et précision Colloque de l’OIFQ sur la détermination de la possibilité forestière, Québec, 27-28 mars 2007

6. Recrutement des parcelles Le recrutement est nécesssaire parce qu’il y a un trop grande nombre de strates; Ne respecte pas la règle statistique que l’échantillon doit représenter la strate; Suggère que les peuplements d’appellation cartographique semblable ne se distingue pas selon les régions (sols, géologie, climat); Applique le tarif de cubage de la région de la strate aux placettes recrutées (donc pas vraiment la parcelle originale!); En Alberta, seules les placettes du territoire servent à établir les caractéristiques des strates pour le CPF. 1- Regroupement et précision Colloque de l’OIFQ sur la détermination de la possibilité forestière, Québec, 27-28 mars 2007

7. IC95% de ± 1 m2/ha≈ 80 placettes 10 strates sur 156! Précision en stock Exemple d’une UAF, 156 strates (APC 1990) 77 avec moins que 10 placettes(inclue le recrutement et les P-É des inventaires d’intervention) 1- Regroupement et précision Colloque de l’OIFQ sur la détermination de la possibilité forestière, Québec, 27-28 mars 2007

8. Recommandation 5.4 de la Commission Coulombe: « Que le système d’analyse qui sous-entend le calcul de la possibilité ligneuse favorise un fort regroupement des strates d’inventaire, afin d’augmenter la précision dans l’estimation des volumes de bois. » Comment regrouper les strates? 1- Regroupement et précision Colloque de l’OIFQ sur la détermination de la possibilité forestière, Québec, 27-28 mars 2007

9. 203 strates Regroupement statistique • Le regroupement statistique des strates règle partiellement le problème; • Le vrai problème vient de la grande variabilité entre les parcelles d’une même strate; • Conséquemment, la caractérisation de la strate représente un peuplement moyen virtuel qui n’existe peut-être même pas; • Ainsi, la simulation de ce peuplement moyen virtuel a peu de chance d’équivaloir à la moyenne des simulations de chaque parcelle qui composent la strate. • Regroupe les strates sur la base de caractéristiques sylvicoles pour la formations de strates(Stocking, Composition, Structure, Qualité) • Minimiser la variabilité intra-strate tout en Maximisant la variabilité inter-strate. • Technique par agglomération hiérarchique • Dendrogramme => arborescence du regroupement • L’analyse de la variance expliquée par niveau de regroupement des strates permet d’identifier le compromis à faire entre l’augmentation de la précision et la perte d’information • 203 strates => R2 est de 15,4 % • 40 groupes de strates =>R2 est de seulement 14,1%. • Bon argument pour regrouper les strates puisque la perte en R2 est faible alors que la diminution du nombre de strates est importante. • "L'analyse de regroupement réalisée est concluante puisqu'il en résulte une diminution de strate de 79 % en moyenne. La précision moyenne sur le volume total est augmentée de 25 % ... L'évaluation de la variabilité « intra et inter » strate a aussi permis de mettre en lumière la troublante diversité qui est incluse dans une même strate d'inventaire." 1- Regroupement et précision Colloque de l’OIFQ sur la détermination de la possibilité forestière, Québec, 27-28 mars 2007

10. GROUPES STRATES A 1 B 2 C 3 4 D L’approche desgroupes sylvicoles (IQAFF 2007) • Principe: assurer l’homogénéité des unités de simulation; • Regroupe les parcelles sur la base des caractéristiques sylvicoles; • Utilise des techniques de Data Mining pour optimiser un regroupement qui minimise la variabilité intra-groupe et maximise la variabilité inter-groupe; • Les simulations se font sur les groupes sylvicoles et les résultats sont alors réparties dans les strates lors du CPF au prorata du nombres de parcelles dans un GS; • Plus près de la réalité opérationnelle. 1- Regroupement et précision Colloque de l’OIFQ sur la détermination de la possibilité forestière, Québec, 27-28 mars 2007

11. L’approche des groupes sylvicoles Moyenne des IC95%des GS = ±1.5 m2/ha, soit ≈ ± 12 m3/ha 1- Regroupement et précision Colloque de l’OIFQ sur la détermination de la possibilité forestière, Québec, 27-28 mars 2007

12. IC95% de ± 1 m2/ha≈ 40 placettes 38 GS sur 66! Précision en stock 66 groupes sylvicoles dont 3 avec moins que 10 placettes 1- Regroupement et précision Colloque de l’OIFQ sur la détermination de la possibilité forestière, Québec, 27-28 mars 2007

13. 6 km Gadallah, Doyon et Maremba, en cours R2 : 0.91 Gadallah, Doyon et Maremba, en cours Perspectives d’avenir 1- Regroupement et précision Colloque de l’OIFQ sur la détermination de la possibilité forestière, Québec, 27-28 mars 2007

14. L’unité de simulation: regroupement et précision Sommaire • La FF&M est très hétérogène à l’échelle du peuplement. De plus, pour une sylviculture adéquate, elle demande en plus du stock et de la composition, une caractérisation de la structure et de la qualité; • Le nombre d’unités de simulation pour le CPF est trop élevé compte tenu de la précision; • De nouvelles avenues de groupement méritent d’être explorées plus attentivement pour le prochain CPF; • Les nouvelles technologies permettent une amélioration de la précision des stocks, de la composition et de la structure. • Cependant, l’augmentation de la précision sur la qualité demeure un défi. 1- Regroupement et précision Colloque de l’OIFQ sur la détermination de la possibilité forestière, Québec, 27-28 mars 2007

15. 2 - Évaluation des rendements après coupes partielles Problèmes • Grande variabilité dans les résultats des études empiriques sur le rendement après coupes partielles au Québec • Problèmes avec le modèle d’accroissement par taux de Sylva II 2- Évaluation des rendements après coupes partielles Colloque de l’OIFQ sur la détermination de la possibilité forestière, Québec, 27-28 mars 2007

16. Témoin CJ Dispositifs DRF et effets-réels D’après Bédard et al. 2004 2- Évaluation des rendements après coupes partielles Colloque de l’OIFQ sur la détermination de la possibilité forestière, Québec, 27-28 mars 2007

17. Les rendements utilisés pour le CPF en FF • Toutes les strates traitées CJ après 1990 ont été mises sur un rendement équivalant à celui des effets réels (50% du territoire!); • Une “patch” de la DRF a été développée afin de déterminer la rotation de ces strates; • Un blocage a été imposé aux strates dans le modèle de croissance par taux de Sylva II pour empêcher celles-ci de croître en début de simulation afin d’obtenir la rotation déterminée à l’aide de la “patch”; • Pour la rotation suivante, le modèle de croissance par taux a été utilisé conventionnellement; • Pour les autres strates, le modèle de croissance par taux a été utilisé conventionnellement; 2- Évaluation des rendements après coupes partielles Colloque de l’OIFQ sur la détermination de la possibilité forestière, Québec, 27-28 mars 2007

18. Témoin CJ Dispositifs DRF et effets-réels CPF UAFs feuillues (>50%) Pour un territoire de 100 000 haDRF:≈ 253 000 ± 34 000 m3/an de possibilité Effet réels: ≈ 148 ± 63 000 m3/an de possibilité D’après Bédard et al. 2004 2- Évaluation des rendements après coupes partielles Colloque de l’OIFQ sur la détermination de la possibilité forestière, Québec, 27-28 mars 2007

19. Problèmes mécaniques et conceptuels associés au modèle de croissance par taux de Sylva II (d’après Doyon 2004) • Croissance plus élevée à des densités plus élevées (A-B) pour plusieurs espèces/zones; • Aucun processus ne tient compte des caractéristiques de site; • Croissance et mortalité ne tiennent pas compte de structure du peuplement, ni de la vigueur des tiges; • Le recrutement se fait par un principe de « pompe à gaules » qui vide éventuellement la banque de gaules et stoppe le recrutement; • Le modèle d’évolution de la qualité n’est pas basée sur des transitions empiriques et ne tient pas compte de la croissance des tiges; • Aucune flexibilité pour ajuster le modèle et le calibrer régionalement 2- Évaluation des rendements après coupes partielles Colloque de l’OIFQ sur la détermination de la possibilité forestière, Québec, 27-28 mars 2007

20. Erreurs de prédiction associées au modèle de croissance par taux de Sylva II(D’après Auger et al. 2004) • EQMP et biais pour les peuplements faiblement et fortement stockés • 70,5 % de l’erreur de l’accroissement net provient de l’erreur de la mortalité • ≈ 50 % de la mortalité est attribuable au chablis (Bédard et Brassard 2002, Nolet et al. sous presse) 2- Évaluation des rendements après coupes partielles Colloque de l’OIFQ sur la détermination de la possibilité forestière, Québec, 27-28 mars 2007

21. Modèlede croissance pour les coupes partielles • Recommandation 5.6 de la CC: Remplacer le module de croissance par taux de Sylva II par un outil (…) qui est plus cohérent avec la précision obtenue à partir des données d’inventaire forestier. • Basés sur les processus biologiques de la croissance des arbres et sur les processus écologiques du développement des peuplements; • Calibrés pour exprimer les particularités régionales et les potentiels de croissance des sites (IQS) • La croissance, le recrutement et la mortalité dépendante de la compétition et de la position sociale des tiges; • Être capable de gérer l’évolution de la qualité des tiges; • Être adapté aux données d’inventaires telles qu’elles sont prises actuellement; • Permet la caractérisation de l’enveloppe de l’incertitude liée au rendement 2- Évaluation des rendements après coupes partielles Colloque de l’OIFQ sur la détermination de la possibilité forestière, Québec, 27-28 mars 2007

22. Modèles de croissance par arbre individuel indépendant de la distance • Approche préconisée pour une modélisation des rendements sous régime de coupes partielles (Peng 2000) • Modèle par arbre individuel utilisé en modélisation de la croissance des peuplements • JVS & Prognosis(Stage 1973) • NE-Twigs (Hilt and Teck 1989)(Teak et al. 1996) • JABOWA (Botkin 1993) • Cependant, ces modèles n’inclut pas l’évolution de la qualité • Cohorte (Doyon et al. 2005) • Modélise l’évolution de la qualité • Permet une calibration régionale des processus • Module pour transférer les courbes de rendement générées à Patchworks ou bien Woodstock 2- Évaluation des rendements après coupes partielles Colloque de l’OIFQ sur la détermination de la possibilité forestière, Québec, 27-28 mars 2007

23. 2 - Évaluation des rendements après coupes partielles Sommaire • Résultats empiriques très variables sur les rendements intra-dispositif et entre les dispositifs; • Meilleure compréhension de la variabilité par l’étude des processus liés au rendement (surtout la croissance et la MORTALITÉ!); • Tester et évaluer les erreurs et les biais de nouveaux modèles. 2- Évaluation des rendements après coupes partielles Colloque de l’OIFQ sur la détermination de la possibilité forestière, Québec, 27-28 mars 2007

24. 3 - Rendement soutenu • Définition:Niveau de récolte annuel maximal d’une zone donnée permettant un approvisionnementdurable et régularisé en bois. (OIFQ 2000 + Davis et al. 2001) Zone donnée: À quelle échelle spatiale? Approvisionnement: Quelles usines? (Ex. ON, AB) Durable: Non-déclinante ou maintient la nature réversible des décisions? Régularisé: Quel niveau de fluctuation est permis? Bois: Quelle(s) production(s)? Toutes en même temps? 3- Rendement soutenu Colloque de l’OIFQ sur la détermination de la possibilité forestière, Québec, 27-28 mars 2007

25. Normalisation Colloque de l’OIFQ sur la détermination de la possibilité forestière, Québec, 27-28 mars 2007

26. CPJ CJ CJ Normalisation Le rendement soutenu est un objectif à l’échelle du paysage; pas à l’échelle du peuplement Conséquemment, la surface terrière de retour doit être gérer par éligibilité et ainsi permettre de la prématurité afin de normaliser la structure des classes de surface terrière de la forêt Les outils de calcul de possibilité par objectifs tel Patchworks et Woodstock facilite une tel approche. Colloque de l’OIFQ sur la détermination de la possibilité forestière, Québec, 27-28 mars 2007

27. Normalisation Le rendement soutenu est un objectif à l’échelle du paysage; pas à l’échelle de la strate tel qu’actuellement réalisé; Conséquemment, la surface terrière de retour doit être gérer par éligibilité et ainsi permettre de la prématurité afin de normaliser la structure des classes de surface terrière de la forêt; Les outils de calcul de possibilité par objectifs tel Patchworks et Woodstock facilite une tel approche. Colloque de l’OIFQ sur la détermination de la possibilité forestière, Québec, 27-28 mars 2007

28. Le problème du fractionnement du rendement soutenu • Le rendement soutenu peut êtreune contrainte sévère à la possibilité forestière; • Le risque d’avoir un effet de réduction de la possibilité forestière due à la normalisation augmente avec la réduction des stocks sur lesquels s’effectue la normalisation; • Ce problème survient lorsque qu’il y a fractionnement des stocks à normaliser: • Fractionnement des superficies (Compartiment); • Fractionnement des groupes d’essences; • Fractionnement des produits; • Fractionnement des groupes de calculs; • En forêt feuillue, compte tenu de la diversité en tenure, en essences, en produits et usines de transformation, le fractionnement du rendement soutenu peut être très important. 3 – Rendement soutenu Colloque de l’OIFQ sur la détermination de la possibilité forestière, Québec, 27-28 mars 2007

29. Fractionnement du rendement soutenu Possibilité Aucun (tous volumes confondus) 100%  Produits(SD/P) 100%  Produits*Groupes d’essences 98%  Produits*Groupes de calcul 94%  Produits*Groupes de calcul*Essences principales 92% Fractionnement du rendement soutenu: Exemple réel 3 – Rendement soutenu Colloque de l’OIFQ sur la détermination de la possibilité forestière, Québec, 27-28 mars 2007

30. Le paysage de référence ? Paysage de référence pour la gestion écosystémique? 3 – Rendement soutenu Colloque de l’OIFQ sur la détermination de la possibilité forestière, Québec, 27-28 mars 2007

31. 3 – Rendement soutenu Sommaire • La normalisation en FF&M n’est généralement pas un problème si on pose le problème à l’échelle du paysage et si on permet la prématurité (<24 m2/ha); • Le fractionnement du rendement soutenu peut être important en FF&M; • L’image de la foret de départ a une importance capital sur le CPF puisque actuellement, la stratégie d’aménagement se dessine par cumul des stratégies sylvicoles (approche bottom-up); • En aménagement forestier durable, la stratégie d’aménagement se définit par les objectifs de production et de conservation du paysage qui impose l’atteinte d’un paysage-cible (approche top-down). 3 – Rendement soutenu Colloque de l’OIFQ sur la détermination de la possibilité forestière, Québec, 27-28 mars 2007

32. PFbio-physique Niveau de récolte Niveau de compromis entre les valeurs 4 - La spatialisation et la fragmentation opérationnelle • LA ou LES possibilités forestières? PFaccrue $$ Acceptabilité sociale PFdurable Rendement économique Intégrité écologique PFopérationelle 4- Spatialisation et fragmentation opérationnelle Colloque de l’OIFQ sur la détermination de la possibilité forestière, Québec, 27-28 mars 2007

33. Fragmentation opérationnelle Volume = 139 000 m3/anProfit = 0 $/m3 Volume = 130 000 m3/anProfit = 25$/m3 CR CP 4- Spatialisation et fragmentation opérationnelle Colloque de l’OIFQ sur la détermination de la possibilité forestière, Québec, 27-28 mars 2007

34. Fragmentation opérationnelle 6.93$/m3 5.96$/m3 4- Spatialisation et fragmentation opérationnelle Colloque de l’OIFQ sur la détermination de la possibilité forestière, Québec, 27-28 mars 2007

35. 4 – Spatialisation et fragmentation opérationnelle Sommaire • Il y a autant de possibilités forestières possibles que de compromis entre les valeurs forestières; • Il important de comprendre les fonctions de compromis entre les valeurs afin d’identifier le compromis acceptable ET ENSUITE en découler la possibilité forestière à rendement soutenu; • En FF&M le risque de fragmentation opérationnelle est très élevé compte tenu du rôle que jouent les coupes partielles et de la diversité en traitements/rotations; • Réduire le pourcentage de Cp dans le paysage aura peu d’effet sur la réduction des coûts si ce n’est pas accompagné d’un effort de remembrement opérationnel. 2- Évaluation des rendements après coupes partielles Colloque de l’OIFQ sur la détermination de la possibilité forestière, Québec, 27-28 mars 2007

36. Conclusions (1) • La baisse de possibilité forestière dans la FF&M est surtout attribuable à la baisse des rendements utilisés pour faire le CPF; période critique est toujours au début de la simulation; • Due à la flexibilité que nous procurent les différents régimes de coupes partielles pour régulariser les approvisionnements, le rendement soutenu à l’échelle du paysage n’est pas une contrainte sévère pour la FF; • Ça prend des outils de spatialisation et d’optimisation pour pouvoir réduire l’effet de la fragmentation opérationnelle en FF qui est très important. Colloque de l’OIFQ sur la détermination de la possibilité forestière, Québec, 27-28 mars 2007

37. Conclusions • Le Québec est en train de faire des pas énormes pour améliorer ses façons de faire en matière de CPF; • À plusieurs égard, particulièrement en forêt feuillue, nous aurons à innover et être les pionniers; • Il faut mettre les chercheurs à contribution à l’aide d’une approche d’accompagnement scientifique; • La foresterie, c’est gérer l’incertitude. Il faut apprendre à gérer cette incertitude; • Questions sans réponses • Comment inclure les perturbations naturelles telles les chablis? • Les changements climatiques? • Ensemble, reconstruisons notre CPF, soyons autonomiste,soyons prêts! Colloque de l’OIFQ sur la détermination de la possibilité forestière, Québec, 27-28 mars 2007

38. Remerciements • L’équipe de l’IQAFF • Collaborateurs dans nos travaux sur CPF • AFO et les industriels de l’Outaouais • Fairmont Kenauk • Ressources forestières Lauzon - Planchers Lauzon • Tembec • Millar Western Forest Products et Forestry Corp. (AB) • Forêt de l’Aigle et CGFA • CSRE, CFHL, Optivert et CERFO • Western Newfoundland Model Forest • Forêt Modèle du Bas-St-Laurent • Équipe du projet « SFM model integration toolkit » et D19a, Colloque de l’OIFQ sur la détermination de la possibilité forestière, Québec, 27-28 mars 2007

39. Questions 1-  Doit-on inclure la notion de qualité dans le CPF en forêt feuillue et mixte?  Si oui, comment devrions-nous procéder?  Si non, comment gérer les volumes par produits (déroulage, sciage, pâte)? 2-  Comment peut-on mieux évaluer les rendements après coupes partielles? 3-  Sur la base de quelle(s) production(s) le rendement soutenu doit être effectué en forêt feuillue et mixte? Sur tous les produits? Par groupe d'essences? Par groupe de calcul? Par approvisionnement d'usine? 4- Comment un zonage pourrait aider à décider si un peuplement peut être jardiné? Colloque de l’OIFQ sur la détermination de la possibilité forestière, Québec, 27-28 mars 2007

40. Jardinageécosystémique Jardinageintensif Jardinageconventionnel Le retour en surface terrière Erdmann et Oberg 1973 3- Rendement soutenu Colloque de l’OIFQ sur la détermination de la possibilité forestière, Québec, 27-28 mars 2007

41. 6 km Gadallah, Doyon et Maremba, en cours Gadallah, Doyon et Maremba, en cours Gadallah, Doyon et Maremba, en cours Gadallah, Maremba etDoyon, en cours Gadallah, Maremba etDoyon, en cours Gadallah, Maremba etDoyon, en cours Perspectives d’avenir 1- Regroupement et précision Colloque de l’OIFQ sur la détermination de la possibilité forestière, Québec, 27-28 mars 2007