Axes de recherche

Axe 1. Stabilité biomécanique des arbres : développement d’un outil pour mieux évaluer et intervenir sur les arbres urbains.

Édité par: Kim Bannon

Ce projet vise à répondre à une question cruciale : comment la taille et l’élagage multi-objectifs (dégagement des fils électriques et réduction de la sensibilité aux charges statiques et dynamiques) peuvent-ils diminuer la vulnérabilité des grands arbres aux bris mécaniques afin de permettre de les conserver? Le résultat attendu de cet axe est de développer un outil pour évaluer la stabilité des arbres face au vent et au verglas, aidant ainsi les villes et Hydro-Québec à décider quand et comment intervenir.

Approches utilisées

  1. Étude des facteurs morphologiques et anatomiques : Cette approche explore comment la forme de la cime et la densité du bois influencent la résistance des arbres. Dix espèces d’arbres urbains seront analysées, comparant les données empiriques avec des scans LiDAR pour une vision complète de leur structure.
  2. Impact de l’élagage : Cinq de ces espèces seront étudiées sous différents régimes d’élagage (T, V, et C). Cette analyse permettra de comprendre comment l’élagage affecte la densité du bois, la structure de la cime et la sécurité de l’arbre.
  3. Approche par simulation
    • Reconstruction et modélisation 3D : En combinant les scans LiDAR et les données anatomiques, des modèles 3D des arbres seront créés. Ces modèles permettront de simuler l’accumulation de verglas et d’estimer les risques de bris des branches selon les différentes espèces et techniques d’élagage.
    • Validation empirique : Les modèles seront validés en milieu contrôlé, soumettant des branches à des charges statiques (verglas) et dynamiques (vent) pour identifier les points de rupture en fonction de la densité du bois et du diamètre des branches.

Importance et Application

Ce projet fournira des données précieuses sur la manière dont les pratiques d’élagage affectent la résistance des arbres urbains. En collaboration avec Hydro-Québec et des partenaires municipaux, les résultats aideront à développer des stratégies d’élagage plus efficaces, permettant de conserver de grands arbres tout en assurant la sécurité publique.

Projets de recherche en cours

Axe 2. Contrôle précoce de la cime des arbres: Développement d’approches visant à favoriser l’augmentation du couvert arboré et la sécurité du réseau de distribution.

Crédit: Mathieu B. Morin

Le résultat attendu pour cet axe est de développer des méthodes efficaces pour former les jeunes arbres sous les réseaux électriques, réduisant ainsi les conflits d’espace et les risques mécaniques. Nous voulons déterminer la meilleure technique pour contrôler la cime des arbres en fonction de l’architecture de l’espèce, de manière efficace et économique.

Méthodes évaluées

  1. Suppression de la flèche
    • Méthode 1 : Élaguer la flèche terminale du jeune arbre et supprimer les rejets au fur et à mesure de leur apparition.
    • Méthode 2 : Favoriser les branches latérales en ombrageant la flèche terminale, réduisant ainsi la dominance apicale sans élagage brutal et minimisant l’apparition des rejets.
  2. Déviation des branches maîtresses
    • Méthode 1 : Utiliser la taille architecturée pour orienter la croissance des branches latérales vers l’extérieur de la couronne, sachant que les jeunes arbres sont caractérisés par une croissance des axes plus rapide sur la face inférieure d’un rameau. Nous utiliserons le fonctionnement dit ‘’régime hypotone’’.
    • Méthode 2 : Installer une structure métallique en forme de V pour guider les branches sans élagage, préservant ainsi leur bourgeon apical et favorisant une croissance plus rapide des branches maîtresses.

Déroulement de l’expérience

Le projet se déroule sur le site d’Hydro-Québec à Saint-Bruno-de-Montarville, où 360 arbres de six espèces différentes ont été plantés en 2020 et 2021. Chaque espèce est soumise à cinq traitements différents (quatre traitements de formation et un témoin), avec 12 arbres par traitement.

L’objectif est de déterminer la méthode de formation des cimes des arbres la plus adaptée à chaque espèce, permettant de dégager les fils électriques efficacement tout en préservant la santé et la résistance mécanique des arbres. Les résultats permettront de proposer des solutions pratiques pour les villes et les gestionnaires de réseaux électriques, favorisant une coexistence harmonieuse entre les arbres et les infrastructures urbaines.

Projets de recherche en cours

Axe 3. Application du LiDAR terrestre mobile : développement d’algorithmes pour mieux intervenir et protéger les arbres urbains.

Crédit: Jakarto

Les résultats attendus pour ce projet comprennent des algorithmes capables de prédire la croissance des arbres et les besoins d’élagage en temps réel, de calculer la proportion d’arbustes par rapport aux arbres sous les réseaux de distribution, ainsi que de reconnaître les nids d’oiseaux et les micro-habitats présents sur les arbres.

Volet 1. Caractérisation des données V-LiDAR pour la mesure des arbres

La première phase du projet consiste à extraire des variables morphologiques et des variables nécessaires pour les modèles prédictifs à partir des données V-LiDAR. Ces méthodes seront comparées aux données T-LiDAR, qui sont actuellement la norme pour les mesures de traits morphologiques à l’échelle de l’arbre. L’étude prendra en compte différentes méthodes de traitement des nuages de points, ainsi que l’influence de la saison des prises de données sur les métriques considérées, en utilisant des mesures effectuées au printemps et en été sur deux années consécutives.

Volet 2. Prédiction spatialement explicite de la croissance des arbres

L’objectif ici est de prédire l’accroissement de la couronne des arbres et estimer les besoins en élagage. Basé sur les résultats obtenus dans la phase 1, ce modèle utilisera des données multi-temporelles pour isoler les zones de croissance et déterminer leur vitesse. Ainsi, il sera possible de cartographier les zones à croissance rapide et d’ajuster les interventions de dégagement des réseaux électriques en fonction des besoins réels.

Volet 3. Évaluation des besoins en élagage et l’estimation du temps de travail à réaliser

Une quantification précise du volume et de la biomasse des branches à supprimer permettra d’optimiser les coûts d’élagage en passant d’un tarif forfaitaire à une estimation précise par arbre. Deux approches seront comparées : l’application d’un gabarit de dégagement pour isoler la croissance post-élagage et un modèle structural quantitatif (QSM) qui déduira directement le volume des branches à supprimer. Ces méthodes seront validées par des scans V-LiDAR avant et après élagage, et la biomasse supprimée sera pesée in situ.

Volet 4. Caractérisation du type de végétation sous les lignes électriques en milieu rural

Contrairement aux zones urbaines, les lignes en milieu rural surplombent souvent des mélanges d’arbres et d’arbustes. Cette strate n’est pas problématique pour la sécurité des lignes (compte tenu de sa hauteur) et peut être un moyen efficace de lutter contre l’implantation des arbres. L’objectif est de distinguer ces strates lors des inventaires pour mieux gérer la végétation, en utilisant une segmentation automatique basée sur la hauteur des données V-LiDAR. Les résultats seront comparés à des relevés manuels.

Volet 5. Détection des nids d’oiseaux et des micro-habitats

En utilisant des méthodes d’apprentissage automatique, l’étude vise à évaluer le potentiel du V-LiDAR pour détecter ces habitats fauniques. Un modèle d’intelligence artificielle sera entraîné à partir de données segmentées manuellement et ses résultats seront comparés à des inventaires réalisés sur le terrain. Cette détection automatique contribuerait à une meilleure gestion et protection de la biodiversité urbaine.

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Axe 4. Relations arbre-sol en milieu urbain et contrôle de la chaleur et de l’eau par les arbres.

Crédit: Natalie Kennedy / Édité par: Kim Bannon

Les résultats attendus de cet axe sont des indicateurs quantifiables et mesurables de l’effet des aménagements d’espaces verts en milieu urbain sur la santé des sols, ainsi que sur l’atténuation de la chaleur et l’interception de l’eau par les principales espèces d’arbres urbains.

Volet 1. Relations arbre-sol en milieu urbain

L’objectif de ce volet est de développer un indice de la santé des sols urbains en combinant des indices de multi-diversité et de multifonctionnalité. En premier lieu, il sera d’évaluer si différentes espèces d’arbres urbains ont des signatures uniques de communautés d’organismes dans le sol. Six espèces dominantes seront ciblées dans cinq municipalités partenaires, et les sols seront échantillonnés sous 10 arbres pour chaque espèce. Les échantillons seront analysés avec du séquençage amplicon à haut débit pour déterminer la diversité des prokaryotes et des eukaryotes présents. Ensuite, l’influence de la multi-diversité sur la multifonctionnalité du sol sera évaluée en mesurant 10 fonctions reliées au recyclage des nutriments, la décomposition de la matière organique, la production primaire et la présence de pathogènes.

Projets de recherche en cours

Volet 2. Représentation de l’écophysiologie et physionomie de l’arbre dans un modèle biophysique visant à atténuer les îlots de chaleur et le ruissellement de l’eau en ville

Ce volet vise à intégrer une meilleure représentation de l’écophysiologie, la biologie et l’architecture de six espèces d’arbres dans un modèle local du climat urbain. Cela inclut l’amélioration de la modélisation du transport de l’eau, de l’ouverture des stomates, et de la distribution de la cime des arbres. Des données seront collectées sur les arbres pour valider ce modèle, incluant l’interception des précipitations. Trois types d’interventions sur la cime des arbres seront testés pour différentes intensités de précipitation. Ensuite, l’impact de diverses physionomies et essences d’arbres sur le climat urbain local et le ruissellement de l’eau sera étudié à l’échelle du quartier dans différentes configurations urbaines. Enfin, les effets de la présence des arbres sur le confort thermique et le ruissellement de l’eau seront quantifiés pour différents scénarios, permettant de déterminer les caractéristiques arboricoles les plus influentes pour la réduction de la chaleur et du ruissellement.

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Axe 5. Effets des changements climatiques et autres risques biotiques prévus sur la santé et la croissance des arbres et des impacts sur les bénéfices qu’ils fournissent à la société.

Crédit: Étienne Delorieux

Les résultats attendus de cet axe incluent un outil prédictif des effets des changements climatiques sur la croissance des arbres en milieu urbain et un indice de vulnérabilité des arbres urbains aux risques climatiques et biotiques.

Volet 1. Dynamique de croissance et écophysiologie des arbres urbains le long d’un gradient climatique

L’objectif de ce volet est d’évaluer l’effet des changements climatiques sur la croissance et l’écophysiologie des arbres urbains dans le sud du Québec. En utilisant les simulations climatiques d’Ouranos pour les 100 prochaines années, nous identifierons des analogues climatiques parmi les villes du sud de l’Ontario et de l’est des États-Unis. De 6 à 10 villes ont été sélectionnées le long de ce gradient climatique, où la croissance des rejets, la croissance radiale des arbres et divers traits physiologiques et morphologiques des feuilles des six espèces d’arbres les plus communes au Québec ont été mesurés. La méthodologie inclut l’utilisation de télémètres laser pour mesurer les rejets traumatiques et des carottes d’arbres pour évaluer la croissance radiale sur 30 à 40 ans. Des traits morphologiques et physiologiques des feuilles seront également analysés pour chaque arbre afin d’évaluer les réponses de croissance et écophysiologiques des feuilles en fonction des variables climatiques.

Volet 2. Évaluation des risques climatiques et biotiques pour la vigueur des principales espèces d’arbres urbains

Ce volet vise à évaluer la perte de vigueur et la mortalité des principales espèces d’arbres urbains face aux risques climatiques et biotiques pour les 100 prochaines années. Les données climatiques historiques seront utilisées pour calculer des indices de stress hydrique, tels que le SPEI et le CMI. Ces informations seront combinées avec des données satellitaires et des épisodes de mortalité accrue pour estimer l’impact des périodes de sécheresse sur la mortalité des arbres. Des sondes de flux de sève et des dendromètres seront installés sur les arbres pour mesurer leur réponse hydrique, accompagnés par des mesures de tension en eau du sol, de température de l’air, de déficit hydrique et de précipitation locale.

Pour les risques biotiques, les futurs risques de mortalité causés par les insectes et maladies exotiques seront évalués en adaptant les modèles d’invasion et de susceptibilité développés par Hudgins et al. (2021). En plus des insectes exotiques, des corrélations seront établies pour les maladies des arbres en Amérique du Nord. Cette approche intégrera l’interaction entre le stress hydrique et la vulnérabilité accrue des arbres aux insectes et maladies. Un modèle des risques liés aux insectes et maladies non encore établis en Amérique du Nord sera également développé, basé sur les corrélations entre les échanges commerciaux et l’établissement d’espèces exotiques au cours des 50 dernières années.

Projets de recherche en cours

Axe 6. Développement et intégration de nouveaux modules à l’outil informatique SylvCiT pour aider à mieux gérer les espaces verts afin d’en augmenter la résilience et les bénéfices.

Crédit: JP Valery

Le résultat attendu de cet axe est de perfectionner l’outil informatique SylvCiT, conçu pour aider les villes et les citoyen.ne.s à mieux gérer leurs espaces verts et en augmenter la résilience et les bénéfices.

Volet 1 : Amélioration et ajout de modules à SylvCiT

SylvCiT est structuré en plusieurs modules, chacun se concentrant sur un aspect spécifique de la gestion des arbres urbains (par exemple, géoréférencement des arbres, traits fonctionnels des espèces, services écosystémiques). Les objectifs pour ce volet incluent :

  1. Amélioration des modules existants et ajout de nouveaux modules : Basé sur les résultats des Axes 1, 2 et 3, les étudiants de premier cycle amélioreront ou ajouteront de nouveaux modules. De nouveaux modules seront développés pour inclure l’indice de santé des sols urbains et le potentiel d’interception des précipitations et de réduction de la chaleur des différentes espèces.
  2. Intégration de l’indice de la santé des sols urbains : Cet indice sera enrichi par les projets de Tanya Handa portant sur les types de communautés végétales et les choix de gestion de la matière organique en ville. Les gestionnaires pourront utiliser SylvCiT pour comprendre l’impact de la composition de leur forêt urbaine sur la santé des sols et ajuster l’outil en fonction du type de communauté végétale et de la gestion de la matière morte.

SylvCiT est conçu pour évoluer avec l’ajout de nouveaux modules, utilisant la plateforme open-source Apache Solr pour traiter et analyser efficacement les données. L’interface utilisateur, conviviale et intuitive, s’adaptera facilement à ces nouveaux modules.

Volet 2 : Intégration des prédictions des changements climatiques via l’apprentissage automatique

Avec les changements climatiques (CC) et l’arrivée d’insectes et de maladies exotiques, il est crucial de repenser les espèces d’arbres à planter pour maintenir la résilience des forêts urbaines. Ce volet vise à intégrer des prédictions des CC et des risques biotiques à SylvCiT en utilisant l’apprentissage automatique. Les étapes incluent :

  1. Développement de modèles prédictifs : En collaboration avec les chercheurs de l’Axe 5, des modèles d’apprentissage automatique seront créés pour prédire les CC et les menaces biotiques pour les 50 prochaines années.
  2. Sélection des emplacements géographiques similaires : Identifier les zones aux États-Unis avec un climat similaire à nos prédictions.
  3. Adaptation des traits fonctionnels : Créer des enveloppes de traits fonctionnels d’arbres adaptées aux conditions climatiques futures.
  4. Classification des arbres : Utiliser les données disponibles pour développer des modèles de classification optimaux des arbres proposés.

Grâce à ces développements, SylvCiT pourra fournir des recommandations basées sur des groupes fonctionnels et sur des prédictions précises, aidant à choisir les espèces d’arbres qui assureront la résilience des forêts urbaines de l’est du Canada face aux défis futurs.

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