Les changements climatiques représentent désormais une réalité indéniable, et leurs conséquences sur l’environnement sont plus tangibles chaque jour. Les écosystèmes boréaux représentent un enjeu considérable d’un point de vue climatique, économique comme écologique. Émerge ainsi l’importance de mieux comprendre leur dynamique, afin de garantir leur résilience face aux défis climatiques actuels et futurs. Les approches rétrospectives apparaissent alors comme essentielles afin de fournir une banque d’expériences passées servant de point de référence pour le futur. Cependant, la régionalité du climat, des régimes de perturbations et par conséquent de la végétation dans l’est du Canada empêche une généralisation des données à des échelles supra-régionales. Comparativement aux régions plus occidentales, l’est du Québec et le Labrador sont marqués par un climat plus océanique, des fréquences de feu plus faibles, un relief plus vallonné, et une végétation différente. Bien qu’un intérêt croissant ait été porté à l’étude des forêts boréales dans les dernières décennies, l’est du Québec et le Labrador restent peu étudiés à l’échelle millénaire. L’ambition générale de cette thèse de doctorat est d’examiner les dynamiques passées de la végétation au cours du temps – en particulier celle de l’épinette noire (Picea mariana (Mill.) B.S.P.) – en lien avec l’évolution des régimes de perturbations et du climat, le long d’un transect nord-sud situé dans l’est du Québec et au Labrador. Plus spécifiquement, elle vise à apporter de nouvelles connaissances sur la réponse de ces régions aux changements climatiques au travers d’approches synthétiques, méthodologiques comme analytiques.

La première partie de cette thèse révèle à partir d’une synthèse bibliographique que les régions de l’ouest et du centre du Canada vont subir les plus importants épisodes de mortalité et les plus fortes réductions de croissance, en particulier dû à l’accroissement du déficit hydrique. À l’inverse, les forêts de l’est du Canada apparaissent comme moins impactées et donc plus résilientes, en particulier dans les régions septentrionales. Cependant, notre étude révèle que d’autres facteurs comme les épidémies d’insectes, les maladies et le gel pourraient également induire des réductions de croissance et des épisodes de mortalité importants dans ces régions. Dans un second temps, une étude paléoécologique en trois chapitres a permis de reconstituer l’histoire des feux, du climat et de la végétation à l’est du Québec et au Labrador. L’analyse des macrocharbons, des capsules céphaliques de chironomes et des grains de pollen a permis de décrypter les rôles respectifs des températures estivales de l’air, de la fréquence et de la taille des feux sur les trajectoires de végétation le long d’un transect Nord-Sud à l’est du Canada. Le partitionnement de variation et les modèles additifs généralisés utilisés montrent une réponse différentielle en fonction de la latitude. La toundra forestière du Labrador présente des épisodes de densification des peuplements lors des périodes chaudes avec des fréquences d’incendies élevées, mais à l’inverse une ouverture des peuplements durant les périodes froides marquées par des évènements de feu. Dans les pessières ouvertes, aux latitudes intermédiaires, les températures jouent un rôle négligeable sur la dynamique de végétation, contrôlée majoritairement par les feux de forêt (fréquence et taille). À l’inverse, la température joue un rôle substantiel dans les pessières fermées au sud du transect. Enfin, nos données soulignent une augmentation récente de la taille des feux, associée à une diminution de l’abondance relative de l’épinette noire et une augmentation des taxons typiques de milieux ouverts. Dans un contexte de changements climatiques et d’accroissement de la fréquence et de la taille des feux, différentes trajectoires de végétation peuvent ainsi être envisagées selon la latitude.

Black spruce (Picea mariana (Mill.) B.S.P.) is the dominant conifer species across a large part of North American boreal forests, providing many goods and services essential to human activities, and playing a major climatic role through the global carbon cycle. However, a comprehensive synthesis of the effects of climate change on black spruce has not yet been undertaken. The dynamics of black spruce are influenced by various living (biotic) and non-living (abiotic) factors, as well as their combined effects, which are particularly responsive to changes in climate. Climate change predictions suggest that northern ecosystems will experience the world's most significant impact. Therefore, black spruce is likely to undergo profound disruptions in its growth and mortality rate in the next few decades, resulting in significant changes in forestry and carbon storage. However, these changes will not be uniform throughout the entire distribution of the species. Future changes in temperature and precipitation will create more stress for water availability in the boreal forests of western and central North America than in their eastern counterparts. Thus, significant longitudinal and latitudinal gradients in tree growth and mortality variability are expected throughout the range of the species. This literature review aims to summarise the impacts of climate change on individual tree growth and mortality of this major species. While enhanced black spruce productivity could occur through both increased air temperature and nitrogen mineralisation in the soil, moisture limitation in central and western North America will result in significant growth reduction and mortality events across these regions. Conversely, under the expected climate change scenarios, black spruce forests may be more resilient in eastern North America, where climatic conditions appear more suitable, particularly in their northernmost range. In this review, we identify current research gaps for some disturbances, which should be addressed to better understand the impact of climate change on black spruce. Finally, we identify issues associated with sustainable forest management and the maintenance of black spruce under projected future climate changes.

Over the past decades, the abundance and area of macrocharcoal (i.e. ≥ 150 μm in diameter) fragments from sedimentary sequences have been quantified using visual or semi-automated methods to reconstruct fire histories. However, the lack of uniformity between counting methods used in each study could introduce methodological biases influencing fire frequency reconstructions, and therefore impact their interpretation and limit their comparisons. To overcome this issue, we propose here a new automated method to quantify the number of macrocharcoal fragments and measure their areas from high-definition image capture, based on the analysis of colorimetric parameters. We tested the efficiency of our method and reconstructed charcoal influx over the last 8000 years by comparing visual and automatic counting methods along a north-south transect from eastern Canada, estimating number and size, and the associated local and regional fire frequencies. Results show that our automated method is efficient in detecting charcoal particles, except for highly minerogenic samples, and suggest that the traditional visual inspection tends to overestimate the size of macrocharcoal fragments. Local fire frequencies varied greatly depending on the macrocharcoal detection method used. At the regional scale they seem closer, and our automated method reproduces similar trends to published studies in our study area. However, it does represent a methodological advancement, particularly for recent centuries, that should be considered for future paleoecological studies.