Dissertations / Theses on the topic 'Forêts feuillues'

L’installation de plantules est une phase critique fortement influencée par les interactions avec la végétation établie, compétition ou facilitation. Dans cette thèse, nous montrons que l’effet du pin d’Alep ou d'arbustes sur l’installation d’espèces feuillues dépend de la densité du couvert, de la stratégie des espèces cibles et nurses et des conditions locales. Sous couverts très denses, la survie et la croissance des plantules sont drastiquement limitées par compétition lumineuse et hydrique, le stress hydrique étant renforcé par une faible allocation de biomasse aux racines. À l’autre extrémité du gradient, en milieu ouvert, la photoinhibition et la concurrence avec les herbacées peuvent limiter l'installation des plantules. Les espèces sclérophylles sempervirentes sont peu sensibles aux fortes irradiances, températures et demandes évaporatives et peuvent profiter de conditions favorables momentanées par polycyclisme en milieu ouvert. L’effet d’un couvert végétal sur ces espèces est principalement compétitif, tandis que les espèces décidues à fort SLA bénéficient d’un couvert modéré. En pépinière, la litière des principales espèces ligneuses modifie les propriétés physico-chimiques et microbiologiques du sol sous-jacent mais sans effet sur des plantules de chêne au bout de 2 ans, montrant un faible effet allélopathique. L’éclaircie des peuplements de pin d’Alep denses est une stratégie pour faciliter l’installation d’espèces feuillues et ainsi améliorer la diversité et la résilience au feu des forêts. L’optimum de couvert semble se déplacer vers des couverts plus denses dans des sites à conditions climatiques ou édaphiques plus sévères et pour les espèces décidues
Seedling establishment is a critical demographic phase, strongly influenced by plant-plant interactions. This thesis shows that the effect of Aleppo pine and shrubs on broadleaved seedling establishment depends on vegetation cover density, target and nurse species strategies and local conditions. A dense vegetation cover strongly limits seedling establishment by light and water competition, seedlings water stress being worsened by a low biomass allocation to roots. At the other extreme, in the open, photoinhibition and competition with grasses can limit seedling establishment. Sclerophyllous species are poorly sensitive to high temperature, irradiance and evaporative demand and can take advantage of favorable conditions at any time of the year by polycyclism in the open: interactions with pine are thus mostly competitive. In contrast, deciduous species with high SLA are more sensitive to photo-inhibition and benefit from the protection of a moderate cover, under which they are able to grow faster. In a nursery experiment, pine and shrub litters modified soil chemical and microbiological properties but without feedback on oak seedlings, indicating a poor allelopathic effect. Pine thinning is a strategy to enhance broadleaved seedling establishment and increase Mediterranean forest diversity and fire-resilience. However, the optimum thinning intensity seems to decrease in harsher climatic or edaphic conditions and for deciduous species

L’augmentation en dominance du hêtre à grandes feuilles (Fagus grandifolia Ehrh.) jumelée à la diminution de l’érable à sucre (Acer saccharum Marsh.) en régénération menace la viabilité économique des forêts feuillues nordiques aménagées. En se basant sur l’hypothèse que l’augmentation de la disponibilité de la lumière pour la régénération favoriserait l’érable à sucre, la coupe progressive irrégulière est passée d’une mise en oeuvre expérimentale à opérationnelle à grande échelle au cours de la dernière décennie. Nous avions comme objectif de vérifier si des variantes de coupes partielles, telles que la coupe de jardinage et la coupe progressive irrégulière, faites dans un contexte industriel, avaient tendance à favoriser la régénération de l’érable à sucre au détriment de celle du hêtre. Nous avons mesuré le coefficient de distribution, l’abondance et la croissance de la régénération dans des coupes industrielles âgées de trois à six ans dans la forêt feuillue du Québec, Canada. Le suivi de la régénération a per mis de démontrer une indéniable dominance du hêtre à grandes feuilles, tout type de coupe confondu, particulièrement chez les grands semis et gaules. Cependant, dans certaines conditions, les indices de probabilités de transition (combinant la croissance et l’abondance relative) de l’érable à sucre pouvaient être légèrement favorisés par l’augmentation du prélèvement en surface terrière, dans certaines conditions. En se basant sur le coefficient de distribution et la surface terrière marchande du hêtre avant la coupe, nous avons proposé de nouveaux critères pour aider à décider dans quelles situations une augmentation de l’intensité de la coupe partielle permettrait de favoriser significativement la régénération de l’érable à sucre. Au-delà de ces résultats, l’étude met en lumière l’importance de raffiner le processus de diagnostic et les prescriptions sylvicoles de nos forêts feuillues afin de limiter efficacement l’expansion du hêtre à grandes feuilles.

La complexite des forets heterogenes tropicales nous a amene a aborder la structure forestiere par une approche individuelle en utilisant l'analyse architecturale. Ainsi, le developpement architectural de 4 especes parmi les plus frequentes d'une foret dense humide sempervirente du sud de l'inde, a permis de montrer l'occupation spatiale de ces plantes aux differentes etapes de leur developpement. Une etude phenologique des especes a permis de comprendre la mise en place des differents axes dans le temps et de faire le lien avec la structure de la plante. Par l'etude de la variabilite architecturale, nous avons caracterise les strategies mises en oeuvre par les especes pour acceder a leur strate forestiere (une espece de sous-bois, de sous-canopee et de canopee et une emergente) prenant en compte des facteurs du milieu tel que la lumiere et la gene physique. Pour deux de ces especes (vateria indica et knema attenuata), la connaissance fine de la variabilite architecturale a permis de definir un parametre, une vigueur architecturale, et avec l'utilisation de donnees dendrometriques de mettre en evidence une relation forte entre la forme (architecture) et l'evolution de l'accroissement en diametre. Ainsi, l'analyse architecturale permet a partir d'observations statiques de connaitre la dynamique de croissance de l'ensemble des formes des arbres. Combine aux connaissances des reactions des arbres, on peut definir sur les strategies de croissance des especes caracterisant leurs potentialites d'occupation de l'espace. Cette demarche pourra permettre de definir un protocole visant a quantifier (puis modeliser) les etapes de transition des differentes architectures du jeune arbre a l'adulte et d'integrer via des simulations informatiques, les effets d'interception lumineuse en ambiance forestiere.

La présente étude avait pour objectif de contribuer à une meilleure compréhension de la granulation des bois feuillus par l'évaluation de la possibilité technique de transformer des bois feuillus de faible vigueur (l'érable à sucre et le bouleau jaune) en granules conventionnels et granules de haute qualité, un type prometteur de transport énergétique. Trois études individuelles ont été réalisées et présentées dans cette thèse. La première étude visait à déterminer s'il y a des changements de teneur en extractibles, cendres, et lignine du bois entre les classes de vigueur des arbres. Les teneurs plus élevées en extractibles et en lignine dans les arbres peu vigoureux ont suggéré que ces derniers sont plus appropriés par rapport aux arbres vigoureux pour la conversion en biocombustibles solides. La deuxième étude visait à optimiser des procédés de granulation des bois feuillus. L'étude a porté sur l'influence des paramètres du procédé (la température et la force de compression) et des caractéristiques de la matière première (la taille des particules et la teneur en humidité) sur les propriétés physiques et mécaniques des granules de bois. Le procédé de granulation doit être effectué à une température d'environ 100 °C pour minimiser la force de friction dans le granulateur et à une teneur en humidité d'environ 11,2% pour maximiser la masse volumique et la résistance mécanique des granules produites. Cette étude a également confirmé que les arbres de faible qualité sont plus appropriés pour la fabrication de granules de bois que les arbres vigoureux. La troisième étude visait l'élaboration de granules de haute qualité. L'eau chaude à température élevée a été utilisée pour modifier les propriétés de la matière première avant granulation. Les caractéristiques de granulation du matériau traité ont été significativement améliorées. Les granules produites ont montré des propriétés améliorées incluant une plus faible teneur en cendres, une plus haute densité énergétique, une meilleure résistance à l'eau, et une meilleure résistance mécanique. Les résultats obtenus de toutes ces études ont démontré la nécessité de bien connaître les fondements de la granulation des bois feuillus et les solutions pratiques pour l'utilisation d'arbres feuillus de faible qualité, le premier peut être applicable pour le développement de procédés de granulation et le dernier peut contribuer à long terme à la restauration des forêts feuillues dégradées en termes de santé des forêts et de leur valeur.
The objective of this study was to contribute to a deeper understanding of hardwood pelletization by investigating the technical possibility of converting low quality hardwoods (sugar maple and yellow birch) into conventional and advanced fuel pellets, a promising type of future energy carrier. Three individual studies were conducted and reported in this thesis. First study aimed at the investigation of the changes in extractives, ash, and lignin contents of wood among tree vigor classes. The higher contents of extractives and lignin in low vigor trees suggested that the low vigor trees are more suitable for conversion into solid biofuels. Second study aimed at the optimization of hardwood pelletizing process. The investigation was focused on the influence of process parameters such as temperature and compression force, and raw material characteristics such as particles size and moisture content on the physical and mechanical properties of wood pellets. The pelletizing process should be performed at a temperature of about 100 oC to minimize friction force in the press channel and at a moisture content of about 11.2% to maximize density and mechanical durability of pellets produced. This study also confirmed that low quality trees are more suitable for making wood pellets than vigorous trees. Third study aimed at the development of advanced fuel pellets. Hot water at elevated temperature was used to change the properties of raw material before pelletizing. Pelletization characteristics of treated material were significantly improved. The pellets produced represented a number of enhanced properties including ash content, energy content, water resistance and mechanical durability. The findings obtained through these studies emphasized the necessity of a good knowledge of the fundamentals of hardwood pelletization and proper solutions for the use of low quality hardwood trees in which the former can be applicable for pelletizing process development, and the latter in long term can contribute to the restoration of the degraded hardwood forests in terms of forests health and value.

La coupe de jardinage par pied d’arbre est le principal traitement utilisé dans le cadre de l’aménagement des forêts feuillues inéquiennes du sud du Québec. La simulation du prélèvement des arbres pour ce traitement dans les calculs de la possibilité forestière se fait actuellement au moyen d’un modèle empirique ne prenant en compte que l’espèce et le diamètre des arbres. Il est toutefois probable que d’autres variables permettent d’améliorer la prévision des arbres qui seront récoltés. Dans cette étude, six modèles de prélèvement prenant en compte trois classifications des arbres couramment utilisées au Québec ainsi que les corrélations spatiales aux échelles de l’arbre et de la placette ont été mis au point afin de les comparer au modèle n’utilisant que l’espèce et le diamètre. Les résultats obtenus indiquent que la vigueur des arbres est une variable essentielle afin de prédire leur probabilité de prélèvement. En outre, le sort subi par les proches voisins d’un arbre influence aussi sa probabilité de récolte.

Les écosystèmes forestiers constituent le principal réservoir à long terme de carbone. Toutefois, les dynamiques saisonnières de productions de cette biomasse ligneuse, en relation avec l'assimilation du carbone par l'écosystème et les déterminants environnementaux, restent peu étudiées, limitant notre compréhension du cycle du carbone et particulièrement sa sensibilité aux changements actuels du climat. Cette thèse a pour objectif de comprendre les relations entre le processus de séquestration du carbone dans le bois en formation, la physiologie de l’arbre, l’assimilation du carbone par le peuplement, et les conditions environnementales du site. L’étude porte sur trois sites instrumentés d’une tour à flux avec un peuplement constitué principalement par, respectivement l’épicéa à Tharandt en 2016, le hêtre à Hesse en 2015-2017, et le chêne à Barbeau en 2016. La formation du bois a été suivis par prélèvement hebdomadaire de microcarottes contenant, le phloème, le cambium et le xylème en formation sur des arbres dominants sélectionnés dans l’empreinte de mesure de la tour. La productivité primaire brute a été estimée par Eddy-Covariance, et les variables climatiques mesurés grâce aux dispositifs de la tour. En premier, nous avons mis au point une nouvelle approche histologique, plus rapide et plus précise que la méthode précédemment publiée sur les résineux, pour quantifier la dynamique intra-annuelle de la séquestration du carbone dans le bois en formation, basée sur des mesures répétées de la densité apparente du xylème, et applicable également aux angiospermes. Dans le 2nd chapitre, nous avons montré que l’occurrence en même temps du développement de la canopée et de la reprise de l’activité cambiale pouvait ralentir la croissance radiale du xylème, et favoriser la formation d’un xylème à porosité élevée mais rapidement fonctionnel. Dans le 3ème chapitre, nous avons démontré que le plan ligneux détermine la coordination temporelle entre la croissance en taille et en biomasse du tronc au cours de la saison de végétation, la séquestration du carbone dans le bois en formation étant toujours décalée derrière la croissance radiale du tronc due aux processus internes de la xylogenèse, avec une tendance croissance du décalage temporel pour l’épicéa et le hêtre, mais une tendance décroissante chez le chêne. Le 4ème chapitre démontre que indépendamment du peuplement, la dynamique d'assimilation du carbone présentait une courbe en cloche symétrique culminant en Juin, tandis que la dynamique saisonnière de la séquestration du carbone variait entre les 3 espèces. Le peuplement de hêtres a concentré la séquestration du carbone dans le tronc en Mai-Juillet, tandis que les peuplements d'épicéa et de chênes ont plutôt culminé en Juin-Août et ont concentré cette séquestration vers la 2ème partie de la saison de végétation. Dans le 5ème chapitre, grâce à un suivi de trois ans des flux de carbone, de la croissance des arbres, et des facteurs environnementaux dans le peuplement de hêtres matures, nous avons montré que le classement du bilan de carbone annuel n'était pas maintenu d'une année à l'autre, avec l’assimilation de carbone annuel la plus élevée en 2017, mais la production de biomasse ligneuse la plus élevée en 2016. Cela suggère que l'allocation du carbone de l'assimilation à la séquestration dans la tige ne suit pas une simple règle d’allométrie. Enfin, nous avons observé que, parallèlement à la formation d'un nouveau xylème, la teneur en amidon augmentait également durant la formation du bois. Cela suggère que le stockage de carbone et la croissance du tronc étaient étroitement liés, avec une proportion plus importante chez le chêne que chez l’épicéa et le hêtre. Ainsi, cette thèse a permis d'améliorer nos connaissances sur la dynamique de l'allocation du carbone dans l'arbre, de l'assimilation au niveau des feuilles à la séquestration à long terme dans le bois, et d'explorer leur sensibilité respective aux conditions climatiques
Forest ecosystems are the major and most perennial terrestrial carbon pool. However, the seasonal dynamics of production of this woody biomass, in relation to the ecosystem carbon uptake remain poorly studied, limiting our understanding of the carbon cycle and particularly its sensitivity to current climate changes. This thesis aimed to better understand the underlying process of carbon sequestration within forming wood, as related to tree physiology, stand carbon assimilation and site environmental conditions. The study was conducted on three instrumented site with a flux tower, the stand is dominated respectively by spruce in Tharandt in 2016, by beech in Hesse in 2015-2017, and by oak in Barbeau in 2016. To monitor wood formation, wood samples containing phloem, cambial zone, and developing xylem were collected weekly on dominant trees within the tower footprint. Flux tower measurements were used to estimate the daily GPP of the stand, and record the climatic conditions. In the 1st chapter, we developed a novel histologic approach, to quantify the intra-annual dynamics of carbon sequestration in spruce forming wood. This approach, based on repeated measurements of xylem apparent density, is easier, faster, and more accurate than the previously available method, and is applicable also to angiosperm species. In the 2nd chapter, we showed that simultaneous occurrence of the canopy development and the resumption of cambial activity slowed down xylem radial growth, and might entail the formation of xylem with high porosity but functional at early growing season. In the 3rd chapter, we demonstrated that the tree-ring structure determined the temporal coordination between stem growth in size and in biomass along the growing season, with carbon sequestration in forming wood always lagging behind stem radial growth due to inner processes of xylogenesis. Indeed, we showed an increasing timelag ranging from ten days to nearly one month for spruce and beech, but a decreasing timelag from nearly three to one week for oak trees. In the 4th chapter, we observed that regardless of the stand, carbon assimilation followed a large and symmetric bell curve peaking in June, while seasonal dynamics of carbon sequestration differed among the three species. The beech trees concentrated carbon sequestration in stem in May-July, while the spruce and oak trees rather peaked in June-August, and completed stem growth towards the second part of the growing season. In the 5th chapter, based on a three-year monitoring of carbon fluxes, trees growth and environmental factors in the mature beech stand, we showed that ranking of annual carbon balance was not maintained from one year to another, with higher carbon assimilation during the hottest year, but higher woody biomass production in the wettest year. This suggests that allocation of carbon from assimilation to sequestration in stem is not following a simple allometric rule. In the last chapter, we observed that parallel to formation of a new xylem, starch content also increased in forming wood, suggesting that storage and stem growth were tightly connected along the growing season, with higher allocation to storage for sessile oak, compared to spruce and beech. This thesis has improved our knowledge about the dynamics of carbon allocation in the tree, from assimilation at the leaf level to long-term sequestration into the wood, and allowed to explore their respective sensitivity to climate conditions. A better quantification of the shift between stem growth in size and in biomass will require to disentangle the kinetics of cellulose and lignin deposition. However, our work contributed to a better understanding of the intra-annual dynamics of stem radial growth and carbon sequestration, which could help to improve modelling of forests net primary productivity, in the context of current global warming

En Amérique du Nord, la préférence pour la récolte des arbres vigoureux et de gros diamètre a amené les forêts feuillues à un état d’appauvrissement. Ces forêts sont composées de grandes quantités de tiges de faible qualité et d’essences moins prisées par l’industrie. Conséquemment, le secteur forestier doit composer avec une grande quantité de matière première de faible qualité, ce qui entraîne une augmentation des coûts d’opération et cause la production des forts volumes de résidus qui doivent être valorisés. Cette situation force l’industrie à rechercher des solutions pour l’utilisation de grandes quantités de bois de faible qualité abondamment disponibles en forêt afin d’augmenter la rentabilité de ses opérations. Une option serait de miser sur les produits de haute valeur ajoutée qui pourraient être extraits à partir des résidus des scieries. Ces produits incluent les extraits de bouleau jaune (Betula alleghaniensis Britt.), lesquels ont du potentiel pour l’utilisation dans les industries nutraceutique, cosméceutique et pharmaceutique. Les produits de haute valeur ajoutée, intégrés dans l’industrie des produits traditionnels, peuvent augmenter la rentabilité de la chaîne de valeur, surtout si les résidus sont utilisés comme matière première. Afin de comprendre le potentiel et les limites de cette approche, cette étude a évalué les facteurs qui influencent la valeur monétaire de sciage, proposant ensuite une utilisation alternative pour le bois de faible qualité et l’écorce provenant des forêts feuillues de la province de Québec au Canada. Cette étude a été structurée en trois parties : l’évaluation de la relation entre la valeur monétaire des sciages et les caractéristiques du peuplement, de la station et du climat; l’évaluation de la relation entre la quantité d’extraits de bois et d’écorce du bouleau jaune et des caractéristiques des arbres et; l’évaluation de l’inclusion d’un produit à haute valeur ajoutée dans la chaîne de création valeur. Dans la première partie, la valeur monétaire des sciages du bouleau jaune et de l’érable à sucre (Acer saccharum Marsh.) a été utilisée comme indicateur de la qualité du peuplement. Les résultats ont démontré que des patrons géographiques de variation de la valeur monétaire des sciages existaient à travers la province. Cette variation pourrait être attribuée en partie aux caractéristiques du peuplement, de la station et du climat local. Même s’il persiste de l’incertitude quant à l’effet de l’historique d’aménagement forestier, on croit que la production d’arbres de haute qualité devrait être priorisée aux endroits où la valeur monétaire des bois sur pied est la plus grande. Dans la deuxième partie, les analyses réalisées pour quantifier les extraits du bois et de l’écorce ont fourni une compréhension plus approfondie du potentiel du bouleau jaune pour les produits non traditionnels à haute valeur ajoutée. Dans la troisième partie, la rentabilité d’une coupe de jardinage a été évaluée, en plus du profit potentiel de production de la bétuline et l’inclusion de cet extrait dans la chaîne de valeur du bois. Dans certains cas, la coupe de jardinage a été très peu rentable, surtout lorsqu’appliquée dans les peuplements qui étaient composés des grandes quantités de tiges de faible qualité. Dans de tels cas, les produits à haute valeur ajoutée, comme la bétuline, pourraient augmenter les profits et, par le fait même, ajouter de la valeur à la ressource forestière. La diversification des produits est une approche qui pourrait être envisagée par l’industrie forestière pour augmenter sa résilience et promouvoir une sylviculture respectant les règles de l’art.
En Amérique du Nord, la préférence pour la récolte des arbres vigoureux et de gros diamètre a amené les forêts feuillues à un état d’appauvrissement. Ces forêts sont composées de grandes quantités de tiges de faible qualité et d’essences moins prisées par l’industrie. Conséquemment, le secteur forestier doit composer avec une grande quantité de matière première de faible qualité, ce qui entraîne une augmentation des coûts d’opération et cause la production des forts volumes de résidus qui doivent être valorisés. Cette situation force l’industrie à rechercher des solutions pour l’utilisation de grandes quantités de bois de faible qualité abondamment disponibles en forêt afin d’augmenter la rentabilité de ses opérations. Une option serait de miser sur les produits de haute valeur ajoutée qui pourraient être extraits à partir des résidus des scieries. Ces produits incluent les extraits de bouleau jaune (Betula alleghaniensis Britt.), lesquels ont du potentiel pour l’utilisation dans les industries nutraceutique, cosméceutique et pharmaceutique. Les produits de haute valeur ajoutée, intégrés dans l’industrie des produits traditionnels, peuvent augmenter la rentabilité de la chaîne de valeur, surtout si les résidus sont utilisés comme matière première. Afin de comprendre le potentiel et les limites de cette approche, cette étude a évalué les facteurs qui influencent la valeur monétaire de sciage, proposant ensuite une utilisation alternative pour le bois de faible qualité et l’écorce provenant des forêts feuillues de la province de Québec au Canada. Cette étude a été structurée en trois parties : l’évaluation de la relation entre la valeur monétaire des sciages et les caractéristiques du peuplement, de la station et du climat; l’évaluation de la relation entre la quantité d’extraits de bois et d’écorce du bouleau jaune et des caractéristiques des arbres et; l’évaluation de l’inclusion d’un produit à haute valeur ajoutée dans la chaîne de création valeur. Dans la première partie, la valeur monétaire des sciages du bouleau jaune et de l’érable à sucre (Acer saccharum Marsh.) a été utilisée comme indicateur de la qualité du peuplement. Les résultats ont démontré que des patrons géographiques de variation de la valeur monétaire des sciages existaient à travers la province. Cette variation pourrait être attribuée en partie aux caractéristiques du peuplement, de la station et du climat local. Même s’il persiste de l’incertitude quant à l’effet de l’historique d’aménagement forestier, on croit que la production d’arbres de haute qualité devrait être priorisée aux endroits où la valeur monétaire des bois sur pied est la plus grande. Dans la deuxième partie, les analyses réalisées pour quantifier les extraits du bois et de l’écorce ont fourni une compréhension plus approfondie du potentiel du bouleau jaune pour les produits non traditionnels à haute valeur ajoutée. Dans la troisième partie, la rentabilité d’une coupe de jardinage a été évaluée, en plus du profit potentiel de production de la bétuline et l’inclusion de cet extrait dans la chaîne de valeur du bois. Dans certains cas, la coupe de jardinage a été très peu rentable, surtout lorsqu’appliquée dans les peuplements qui étaient composés des grandes quantités de tiges de faible qualité. Dans de tels cas, les produits à haute valeur ajoutée, comme la bétuline, pourraient augmenter les profits et, par le fait même, ajouter de la valeur à la ressource forestière. La diversification des produits est une approche qui pourrait être envisagée par l’industrie forestière pour augmenter sa résilience et promouvoir une sylviculture respectant les règles de l’art.
The historical preference for harvesting vigorous and large-diameter trees from stands in North America resulted in a forest mainly composed of poor-quality stems of less valuable species that present lower growth potential. As a result, the forestry sector has to work with large quantities of low-quality raw material, increasing operation costs and producing large amounts of residues. This situation forces the industry to find solutions to use the abundant quantity of low-quality wood available in forest stands to increase profits. One option is the high value-added products that could be extracted from sawmill residues. These products include yellow birch (Betula alleghaniensis Britt.) extracts that have the potential to be used in the nutraceutical, cosmeceutical and pharmaceutical industries. The enhanced products, when integrated with the traditional products industry, could increase profit of the wood value chain, especially if residues are used as raw material. In order to better understand the potential and limitations of this option, this study assessed the factors that influence lumber value, and proposed an alternative use for the abundant low-value wood and bark available in the province of Quebec, Canada. Structured in three parts, this work first studied the relationship between stand, site and climatic variables and stand quality, using lumber value recovery (LVR) of sugar maple (Acer saccharum Marsh.) and yellow birch as surrogate variable. In the second part, the relationship between extracts content in wood and bark of yellow birch trees with selected tree characteristics was assessed. This allowed a better understanding of the potential of yellow birch extracts as a high-value added product. In the third and final part, the potential impact of integrating a high-value added product to the processing of traditional wood products was evaluated. For this, the profitability of a selection cut was analysed, the potential financial gain of producing betulin extract was assessed, and finally, the inclusion of betulin extracts in a hardwood chain was evaluated. Results from the ensemble of this thesis show that variations in LVR could be attributed to in part to stand, site and climatic conditions. Although it remains uncertain as to what extent the variability of LVR might result from past management practices or from inherent site characteristics, we believe that efforts to produce high-quality lumber should be prioritized in sites where LVR is predicted to be the highest. In addition, simulations showed that tested selection cuts in some cases generated very little profit, especially when forest stands were composed of great quantities of low-quality stems. In this situation, the production of high value-added products, such as betulin extracts, could be an interesting alternative to increase profits, contributing to add value to the existing forest resource. The product diversification is a pathway that could be explored by the forest industry to improve its resilience and promote a more efficient use of the resources.
The historical preference for harvesting vigorous and large-diameter trees from stands in North America resulted in a forest mainly composed of poor-quality stems of less valuable species that present lower growth potential. As a result, the forestry sector has to work with large quantities of low-quality raw material, increasing operation costs and producing large amounts of residues. This situation forces the industry to find solutions to use the abundant quantity of low-quality wood available in forest stands to increase profits. One option is the high value-added products that could be extracted from sawmill residues. These products include yellow birch (Betula alleghaniensis Britt.) extracts that have the potential to be used in the nutraceutical, cosmeceutical and pharmaceutical industries. The enhanced products, when integrated with the traditional products industry, could increase profit of the wood value chain, especially if residues are used as raw material. In order to better understand the potential and limitations of this option, this study assessed the factors that influence lumber value, and proposed an alternative use for the abundant low-value wood and bark available in the province of Quebec, Canada. Structured in three parts, this work first studied the relationship between stand, site and climatic variables and stand quality, using lumber value recovery (LVR) of sugar maple (Acer saccharum Marsh.) and yellow birch as surrogate variable. In the second part, the relationship between extracts content in wood and bark of yellow birch trees with selected tree characteristics was assessed. This allowed a better understanding of the potential of yellow birch extracts as a high-value added product. In the third and final part, the potential impact of integrating a high-value added product to the processing of traditional wood products was evaluated. For this, the profitability of a selection cut was analysed, the potential financial gain of producing betulin extract was assessed, and finally, the inclusion of betulin extracts in a hardwood chain was evaluated. Results from the ensemble of this thesis show that variations in LVR could be attributed to in part to stand, site and climatic conditions. Although it remains uncertain as to what extent the variability of LVR might result from past management practices or from inherent site characteristics, we believe that efforts to produce high-quality lumber should be prioritized in sites where LVR is predicted to be the highest. In addition, simulations showed that tested selection cuts in some cases generated very little profit, especially when forest stands were composed of great quantities of low-quality stems. In this situation, the production of high value-added products, such as betulin extracts, could be an interesting alternative to increase profits, contributing to add value to the existing forest resource. The product diversification is a pathway that could be explored by the forest industry to improve its resilience and promote a more efficient use of the resources.

Les herbivores consomment les tissus végétaux et affectent la survie et la croissance des végétaux. Les ennemis naturels des herbivores peuvent réguler leurs populations et indirectement diminuer les dommages sur la végétation. Les relations entre plantes, herbivores et prédateurs sont liées aux caractéristiques intrinsèques des espèces végétales mais aussi influencées par la communauté végétale environnante. L'hypothèse de résistance par association stipule qu'une communauté végétale diversifiée entraîne une diminution des dégâts sur une plante cible par dilution, répulsion des herbivores et/ou favorisation des ennemis naturels. Inversement, les herbivores peuvent se concentrer sur la plante-cible dans une communauté végétale diversifiée (susceptibilité par association). L'objectif de cette thèse est d'évaluer 1) l'influence de la composition de la communauté végétale sur les herbivores et leurs dommages sur une plante-cible, 2) l'impact de la régulation des herbivores par les prédateurs et 3) les interactions entre herbivores, communauté végétale et prédateurs, et les conséquences pour les intensités d'herbivorie sur la plante-cible. Nous nous sommes focalisés sur les dommages causés par les insectes herbivores sur des plantules d'essences forestières feuillues (Betula pendula, Quercus robur et Q. ilex). La variété importante de communautés végétales, au niveau inter (essences dominantes) et intraparcellaire (présence, structure et composition), nous a permis de tester les effets du voisinage végétal sur les insectes herbivores et leurs dommages sur les plantules cibles. Les oiseaux insectivores sont les principaux prédateurs d'insectes et nous avons cherché à estimer les effets de leur exclusion sur les insectes et les conséquences pour les plantules, et ceci le long des gradients de composition du voisinage végétal. Enfin, le degré de spécialisation (spécialiste/généraliste) et le mode de vie (exo/endophyte) ont été caractérisés car ils conditionnent les réponses des insectes herbivores à la végétation voisine ainsi que la prédation avienne. Le voisinage végétal des plantules-cibles modifie la charge en herbivores et les dommages engendrés. Ces réponses sont liées à la spécialisation de l'insecte herbivore : la colonisation des plantules par les espèces spécialistes (mineuses de feuilles) est négativement affectée par la structure de la végétation locale (présence, recouvrement arbustif). Les dommages d'insectes généralistes augmentent avec la richesse spécifique des peuplements et dans les parcelles dominées par des espèces conspécifiques. Les abondances des insectes externes et leurs dommages sont régulés par les oiseaux insectivores mais cet effet indirect dépend de l'espèce de plantule-cible et de la composition de la communauté végétale. Les effets de cascade trophique sont les plus intenses dans les parcelles de pin maritime où les plantules constituent une ressource nouvelle pour les niveaux trophiques supérieurs. Plus localement, le voisinage végétal modifie la sensibilité des arthropodes à la prédation: les oiseaux insectivores bénéficient aux plantules lorsque les proies sont plus accessibles (végétation environnante supprimée).Pour conclure, une des principales richesses de ces résultats vient de la mise en évidence d'interactions très fortes existant entre les effets des oiseaux insectivores et la végétation environnante. Les effets indirects des prédateurs et directs de la végétation environnante sont très liés au degré de spécialisation des insectes phytophages et à leur mode de vie
Herbivory is thought to depend on intrinsic plant resistance traits and negatively affect survival and growth of plants. Predators can depress herbivore populations and thereby indirectly limit the consumption of primary producers. The surrounding vegetation is also expected to modify the interactions between a focal plant, its herbivores and their natural enemies. The surrounding vegetation may disrupt the colonisation and the consumption of a focal plant by insect herbivores, providing associational resistance. Increasing diversity of neighbouring vegetation can decrease resource availability or enhance herbivores control by predators. By contrast, associational susceptibility may occur with higher levels of herbivory in a focal plant in more diverse plant communities. We tested 1) the effect of the neighbouring vegetation on the levels of herbivory on seedlings, 2) the indirect impact of predators on herbivores and subsequent herbivory, and 3) the interactions between surrounding vegetation, focal plants, herbivores and predators. We examined the damage caused by insect herbivores on three native broadleaved species. We then compared the importance of taxonomic similarity between seedlings and canopy tree species and the structure and composition of surrounding vegetation at both large- and small-scales. Birds are vertebrate predators likely to limit damage to plants and facilitate plant growth by consuming herbivorous insects. We estimated their effects by excluding them from focal plants, and compared their interactive effects with vegetation diversity or removal. The effects of surrounding vegetation and avian predation were also disentangled on concealed- vs. external-feeding guilds (predation sensitivity) and specialist- vs. generalist-insects.Surrounding vegetation of focal seedlings influences the abundance of insect herbivores and damage. Specialist insects (leaf miners) are affected by the understorey vegetation close to oak seedlings, decreasing with its presence or structural diversity. The damage caused by generalist insects depend on the large-scale composition of plant communities, and increase with tree species richness and cover or on conspecific forest habitats. Exclusion of insectivorous birds affects insect herbivory in a species-specific manner, and also greatly varies with forest habitats and presence of vegetation around focal plants. The indirect effect of bird predation on leaf damage is observed on seedlings beneath noncongeneric canopy trees. The removal of local surrounding vegetation affects the top-down effect of insectivorous birds on insect herbivores, according to their sensitivity to predation and the accessibility of preys. To conclude, our studies provide experimental evidences of interactive effects between bird predation and neighbouring vegetation on insect herbivores and levels of herbivory. These indirect effects are strongly related to the specialisation of herbivores and to their sensitivity to bird predation

Les écosystèmes forestiers constituent le principal réservoir à long terme de carbone. Toutefois, les dynamiques saisonnières de productions de cette biomasse ligneuse, en relation avec l'assimilation du carbone par l'écosystème et les déterminants environnementaux, restent peu étudiées, limitant notre compréhension du cycle du carbone et particulièrement sa sensibilité aux changements actuels du climat. Cette thèse a pour objectif de comprendre les relations entre le processus de séquestration du carbone dans le bois en formation, la physiologie de l’arbre, l’assimilation du carbone par le peuplement, et les conditions environnementales du site. L’étude porte sur trois sites instrumentés d’une tour à flux avec un peuplement constitué principalement par, respectivement l’épicéa à Tharandt en 2016, le hêtre à Hesse en 2015-2017, et le chêne à Barbeau en 2016. La formation du bois a été suivis par prélèvement hebdomadaire de microcarottes contenant, le phloème, le cambium et le xylème en formation sur des arbres dominants sélectionnés dans l’empreinte de mesure de la tour. La productivité primaire brute a été estimée par Eddy-Covariance, et les variables climatiques mesurés grâce aux dispositifs de la tour. En premier, nous avons mis au point une nouvelle approche histologique, plus rapide et plus précise que la méthode précédemment publiée sur les résineux, pour quantifier la dynamique intra-annuelle de la séquestration du carbone dans le bois en formation, basée sur des mesures répétées de la densité apparente du xylème, et applicable également aux angiospermes. Dans le 2nd chapitre, nous avons montré que l’occurrence en même temps du développement de la canopée et de la reprise de l’activité cambiale pouvait ralentir la croissance radiale du xylème, et favoriser la formation d’un xylème à porosité élevée mais rapidement fonctionnel. Dans le 3ème chapitre, nous avons démontré que le plan ligneux détermine la coordination temporelle entre la croissance en taille et en biomasse du tronc au cours de la saison de végétation, la séquestration du carbone dans le bois en formation étant toujours décalée derrière la croissance radiale du tronc due aux processus internes de la xylogenèse, avec une tendance croissance du décalage temporel pour l’épicéa et le hêtre, mais une tendance décroissante chez le chêne. Le 4ème chapitre démontre que indépendamment du peuplement, la dynamique d'assimilation du carbone présentait une courbe en cloche symétrique culminant en Juin, tandis que la dynamique saisonnière de la séquestration du carbone variait entre les 3 espèces. Le peuplement de hêtres a concentré la séquestration du carbone dans le tronc en Mai-Juillet, tandis que les peuplements d'épicéa et de chênes ont plutôt culminé en Juin-Août et ont concentré cette séquestration vers la 2ème partie de la saison de végétation. Dans le 5ème chapitre, grâce à un suivi de trois ans des flux de carbone, de la croissance des arbres, et des facteurs environnementaux dans le peuplement de hêtres matures, nous avons montré que le classement du bilan de carbone annuel n'était pas maintenu d'une année à l'autre, avec l’assimilation de carbone annuel la plus élevée en 2017, mais la production de biomasse ligneuse la plus élevée en 2016. Cela suggère que l'allocation du carbone de l'assimilation à la séquestration dans la tige ne suit pas une simple règle d’allométrie. Enfin, nous avons observé que, parallèlement à la formation d'un nouveau xylème, la teneur en amidon augmentait également durant la formation du bois. Cela suggère que le stockage de carbone et la croissance du tronc étaient étroitement liés, avec une proportion plus importante chez le chêne que chez l’épicéa et le hêtre. Ainsi, cette thèse a permis d'améliorer nos connaissances sur la dynamique de l'allocation du carbone dans l'arbre, de l'assimilation au niveau des feuilles à la séquestration à long terme dans le bois, et d'explorer leur sensibilité respective aux conditions climatiques
Forest ecosystems are the major and most perennial terrestrial carbon pool. However, the seasonal dynamics of production of this woody biomass, in relation to the ecosystem carbon uptake remain poorly studied, limiting our understanding of the carbon cycle and particularly its sensitivity to current climate changes. This thesis aimed to better understand the underlying process of carbon sequestration within forming wood, as related to tree physiology, stand carbon assimilation and site environmental conditions. The study was conducted on three instrumented site with a flux tower, the stand is dominated respectively by spruce in Tharandt in 2016, by beech in Hesse in 2015-2017, and by oak in Barbeau in 2016. To monitor wood formation, wood samples containing phloem, cambial zone, and developing xylem were collected weekly on dominant trees within the tower footprint. Flux tower measurements were used to estimate the daily GPP of the stand, and record the climatic conditions. In the 1st chapter, we developed a novel histologic approach, to quantify the intra-annual dynamics of carbon sequestration in spruce forming wood. This approach, based on repeated measurements of xylem apparent density, is easier, faster, and more accurate than the previously available method, and is applicable also to angiosperm species. In the 2nd chapter, we showed that simultaneous occurrence of the canopy development and the resumption of cambial activity slowed down xylem radial growth, and might entail the formation of xylem with high porosity but functional at early growing season. In the 3rd chapter, we demonstrated that the tree-ring structure determined the temporal coordination between stem growth in size and in biomass along the growing season, with carbon sequestration in forming wood always lagging behind stem radial growth due to inner processes of xylogenesis. Indeed, we showed an increasing timelag ranging from ten days to nearly one month for spruce and beech, but a decreasing timelag from nearly three to one week for oak trees. In the 4th chapter, we observed that regardless of the stand, carbon assimilation followed a large and symmetric bell curve peaking in June, while seasonal dynamics of carbon sequestration differed among the three species. The beech trees concentrated carbon sequestration in stem in May-July, while the spruce and oak trees rather peaked in June-August, and completed stem growth towards the second part of the growing season. In the 5th chapter, based on a three-year monitoring of carbon fluxes, trees growth and environmental factors in the mature beech stand, we showed that ranking of annual carbon balance was not maintained from one year to another, with higher carbon assimilation during the hottest year, but higher woody biomass production in the wettest year. This suggests that allocation of carbon from assimilation to sequestration in stem is not following a simple allometric rule. In the last chapter, we observed that parallel to formation of a new xylem, starch content also increased in forming wood, suggesting that storage and stem growth were tightly connected along the growing season, with higher allocation to storage for sessile oak, compared to spruce and beech. This thesis has improved our knowledge about the dynamics of carbon allocation in the tree, from assimilation at the leaf level to long-term sequestration into the wood, and allowed to explore their respective sensitivity to climate conditions. A better quantification of the shift between stem growth in size and in biomass will require to disentangle the kinetics of cellulose and lignin deposition. However, our work contributed to a better understanding of the intra-annual dynamics of stem radial growth and carbon sequestration, which could help to improve modelling of forests net primary productivity, in the context of current global warming

Ce travail avait pour premier objectif d'analyser la croissance et les relations hydriques de trois espèces forestières (Quercus petraea, Pinus pinaster et Betula pendula) en liaison avec la nature du substrat, en conditions hydriques optimales comme limitantes. De nettes différences entre espèces ont été obtenues. En l'absence de contraintes hydriques, le bouleau a présenté la plus grande plasticité quant à la nature du substrat. Il s'est également caractérisé par des niveaux de conductance stomatique et de conductance hydraulique plus élevés que les deux autres espèces. Sa régulation stomatique en conditions de sécheresse a été tardive et n'a été mise en évidence que pour des humidités volumiques du sol très faibles (3 %). En parallèle, une forte abscission foliaire a été observée. Aucune interaction liée à la nature même du substrat n'a pu être individualisée. Un deuxième objectif était de tester, en conditions de sécheresse édaphique, l'implication de l'acide abscissique (ABA) racinaire dans la régulation de la conductance stomatique. L'existence d'un tel signal, basée sur l'ABA racinaire seul, n'a pu être confirmé, et ce, dans le cas de trois espèces forestières (Quercus robur, Pinus pinaster et Betula pendula). Les mécanismes de régulation stomatique sont certainement plus complexes et mettent probablement en jeu un double mécanisme, à la fois racinaire et foliaire
This work had as first objective the analysis of growth and water relations of three forest species (Quercus petraea, Pinus pinaster and Betula pendula), in relation with soil type, under optimal and water stress conditions. Clear differences were observed between species. In absence of water stress, birch presented the greatest plasticity with respect to soil type. It is also characterised by higher values of stomatal conductance and hydraulic conductance than the two other species. It's stomatal regulation under water stress is belated and has only been evidenced for very lower values of soil water content (3%). In parallel, strong leaf shedding has been observed. No interaction related to the nature of substrate has been observed. A second aim was to tested, under water stress conditions, the impact of root-sourced abscisic acid (ABA) in stomatal regulation. The existence of such root signalling, based only on root ABA has not been confirmed and this, on the three forest species studied (Quercus robur, Pinus pinaster and Betula pendula). The stomatal regulatory mechanisms are certainly more complex and probably implicate a double mechanism, foliar and root mediating

Un problème crucial de la pratique de la culture itinérante sur brûlis dans un district du Laos, district de Muang Fuang, province de Vientiane, a été analysé. Les populations, composées des Lao, Khmou, Hmong et Yao, arrivant des zones environnantes à l'insécurité persistante et pratiquant ce système de culture dans leur ancien habitat, ont été étudiées de leur façon dans ces pratiques culturales ancestrales et les cultures permanentes : rizières inondées, plantations diverses pour l'utilisation locale, le marché du voisinage et l'exportation, incitées par le gouvernement en vue de remplacer progressivement la culture sur brûlis et de promouvoir leur sédentarisation. Les impacts de ces pratiques culturales sur la végétation originellement riche du type forêt dense semi-sempervirente ont été étudiés et ont permis de voir comment la forêt se reconstituait au bout d'une dizaine d'années et tendait vers la forêt climacique correspondant aux conditions écologiques de la région. En vue d'une amélioration économique de la région, les diverses possibilités de la revalorisation des terrains après la culture sur brûlis ont été examinées : installation de cultures pérennes, rizières irriguées ou inondées, exploitation des ressources naturelles, particulièrement des produits sous-forestiers. Ces diverses productions peuvent maintenant être commercialisées et exportées grâce au désenclavement routier de la région. Il en résulte un nouveau genre de vie pour les habitants devenus sédentaires et respectant l'environnement par l'abandon progressif de la culture itinérante sur brûlis
An analysis has been conducted of the crucial problem of shifting slash-and-burn cultivation in the Muang Fuang District of Laos, Vientiane Province. Studies were made on the peoples now living in the district, composed of Lao, Khmou, Hmong and Yao, who immigrated from nearby areas of persistent insecurity where they previously practiced this system of cultivation. The work focused on the traditional farming practices used by these groups, and on the permanent cultivation techniques now being used (flooded rice fields, and plantations of various crops for local use or for sale in markets and for export) with government encouragement in its effort progressively to replace shifting slash-and-burn agriculture with permanent settlement. An analysis of the impact of these agricultural practices on the vegetation, which was originally a rich, dense semi-evergreen tropical forest, shows that forest regenerates after about ten years, with a trend toward a climax forest type corresponding to the ecological conditions of the region. In order to improve the economy of the region, several possibilities were examined for improving land after shifting slash-and-burn agriculture: establishment of perennial cultivation, irrigated and flooded rice production, and natural resources exploitation, especially of non-timber forest products. This array of products can now be brought to market and exported via new roads built in the district. This has resulted in a new way of life for the inhabitants of the study area, who have become sedentary and are now respecting the environment by progressively abandoning shifting slash-and-burn agriculture

Nous sommes partis d'une analogie inédite entre la configuration de certaines feuilles dans le bourgeon et les ribambelles de papier. Quand on plie du papier et qu'on le coupe avec des ciseaux, à chaque pli va correspondre une pointe ou un creux de la ribambelle déployée. De nombreuses feuilles adoptent la même géométrie dans le bourgeon. Le bord de la feuille est replié sur un plan comme s'il avait été découpé avec des ciseaux. Pour cette raison purement géométrique, les lobes et creux de la feuille déployée correspondront exactement aux plis initiaux. Nous avons nommé ces feuilles « kirigami », ce qui veut dire plié et découpé en japonais. La première partie de cette thèse, purement géométrique, montre à quel point les géométries des feuilles sont contraintes par leur développement plié. Nous montrons aussi que la richesse des géométries que permet le kirigami se retrouve au sein des feuilles. La deuxième partie, plus biologique, propose à la fois un mécanisme pour le développement des plis et un candidat pour les mystérieux ciseaux. Nous concluons sur l'intérêt évolutif d'une telle organisation des feuilles dans le bourgeon
We have noticed an original analogy between the leaf configuration in the bud and the paper dolls. If you fold a paper sheet and cut it with scissors, each fold will give either a sinus either a lobe when you unfold it. A lot of leaves follow this geometry in the bud. The leaf margin is folded on a plane as if it had been cut with scissor For this purely geometric reason, lobes and sinuses of the unfolded leaf exactly correspond to the initial folds. We have called these leaves "kirigami", which means fold and cut. The purely geometric first part of this thesis shows how much the leaves geometries are constrained by their folded development. We also show that these geometries are very diverse and create very different leaves shapes. The second more biologic part proposes a mecanism for the fold development and a candidate to play the scissor role. We conclude by giving an original insight on leaf shape evolution

Th. 3e cycle--Biométrie--Lyon 1, 1995. Titre de soutenance : Relations entre l'hétérogénéité spatiale et dynamique de renouvellement d'une forêt dense humide sempervirente, Ghats occidentaux de l'Inde.
Bibliogr. p. 85-89. Index. Résumés en français et anglais.

Les modèles de lumière simulent l'éclairement sous couvert à partir de la caractérisation géométrique des houppiers. Nous avons cherché dans ce travail à minimiser le jeu de données nécessaire. Nous avons alimenté le modèle de lumière tRAYci dans un peuplement feuillu hétérogène. Nous avons établi des relations entre les variables caractéristiques du houppier et diamètre à 1,30 m des arbres. Nous avons élaboré un algorithme pour reconstruire l'extension latérale du houppier d'un arbre en tenant compte de ses voisins à partir de son essence, son diamètre à 1,30 m et sa position. Nous avons comparé cette méthode de reconstruction anisotrope à une méthode isotrope, du point de vue la qualité de la distribution de l'éclairement obtenue. Seule l'approche anisotrope a permis d'obtenir une simulation non biaisée. Nous avons aussi testé des indices dendrométriques basés sur la distribution de la surface terrière, mais ils se sont montrés incapables de prédire la distribution de l'éclairement.

Lymantria dispar l. (lepidoptera: lymantriidae), ravageur forestier est en phase d'endemicite en forets de feuillus en haute-garonne (france) depuis les pullulations de 1978 et 1982. L'etude de la dynamique des populations de l'insecte est abordee sur le terrain par le denombrement de pontes. La liaison entre le nombre d'ufs et la taille de la ponte est statistiquement etablie. La distribution des pontes sur l'arbre semble etre concentree entre 0 et 1 metre au-dessus du sol. La fecondite des femelles est tres elevee. L'etude de la regression des populations a ete etudiee sous deux aspects: 1) la chute chimique et microbiologique: les essais insecticides effectues au laboratoire (pulverisation ultra bas volume) nous ont permis de tester des produits nouveaux (dipel 8l, bactosperine xlv), des produits principalement utilises en bas volume (bactospeine pm, dimilin pm) ainsi que le dimilin odc. Pour ce dernier l'etude de la remanence a montre que le produit persiste plus de 6 mois sur le feuillage et dans le sol; 2) les agents naturels: action parasitaire sur les ufs et les chenilles de derniers stades de l. Dispar

Quantifier la totalité des apports atmosphériques, notamment particulaires, est nécessaire pour mieux comprendre les cycles biogéochimiques en vue d'une gestion durable des écosystèmes forestiers. En effet, l'intensification des récoltes de bois-énergie induit une pression nutritive supplémentaire sur les forêts. Le but de ce travail est de combler les lacunes concernant le dépôt atmosphérique particulaire (taux de dépôt, composition minéralogique et chimique), ainsi que d'étudier son influence sur les cycles biogéochimiques forestiers. Pour ce faire, un échantillonnage de 2 ans a été mis en place dans 4 hêtraies de la moitié Nord de la France. Un développement métrologique a été nécessaire pour concevoir les capteurs hors et sous canopée et pour séparer les particules de la phase dissoute puis compartimenter le dépôt particulaire en fonction du modèle conceptuel organo-minéral établi dans cette étude. Les résultats obtenus valident ce modèle et montrent (i) un taux de dépôt annuel de 19±3 kg.ha-1.an-1 de minéraux peu solubles témoignant d'origines diverses, (ii) des flux de nutriments inférieurs à ceux des dépôts dissous et de l'altération des minéraux du sol mais qui contribuent à améliorer la fertilité des forêts, (iii) un captage supplémentaire induit par la canopée et (iv) une dissolution des particules minérales lors de leur transport atmosphérique qui enrichit les précipitations en nutriments. Un échantillonnage optimisé sur le long terme est indispensable pour confirmer et préciser les tendances observées, en particulier concernant les épisodes de très fort dépôt particulaire et le dépôt sous la canopée
Quantifying the little-known inputs of atmospheric particulate deposition (APD) is critically important for a sustainable management of forest ecosystems. Indeed, harvesting and subsequent nutrient losses are going to increase so as to meet the demand in renewable energy, including fuel-wood. This work aims at filling this gap by (i) describing the deposition rate, mineralogical and chemical compositions of APD and (ii) evaluating the influence of APD nutrient inputs on forest biogeochemical cycles. To do so, 4 beech stands in North French forests were equipped for a 4-week sampling. After a metrological development, samplers out of and below canopy were used for a 2-year sampling, as well as methods to separate APD from atmospheric dissolved deposition. These methods were conceived to separate the organic and mineral fractions of APD according to the conceptual model designed in this work. My results validated this model and indicated (i) a quite constant deposition rate of 19±3 kg.ha-1.year-1 of hardly soluble minerals over the North of France, made of various minerals suggesting heterogeneous sources of particles, (ii) nutrient inputs inferior to those of atmospheric dissolved deposition and soil weathering, but improving ecosystem fertility, (iii) an interception effect of the canopy, and (iv) the dissolution of mineral particles in the atmosphere which enriched atmospheric dissolved deposition in nutrients. Extending and optimizing the sampling would allow confirming and clarifying these results, especially concerning high atmospheric load periods and APD below canopy

L’objectif de ce travail était de caractériser la variabilité saisonnière des échanges gazeux des arbres de la canopée en forêt tropicale humide guyanaise confrontés à des saisons sèches.L’étude s’est orientée sur la mesure des flux de carbone et d’eau au cours des saisons sèches dans deux habitats contrastés du point de vue hydrique, afin de préciser leur sensibilité et réponse à la sècheresse. Nos résultats montrent qu’une proportion non négligeable d’arbres ne subit pas de sécheresse marquée en saison sèche, malgré la forte diminution de la teneur en eau du sol en surface. Nous faisons l’hypothèse que ces arbres possèdent alors des racines en profondeur qui leur permettent d’accéder aux horizons qui restent humides malgré la faible pluviométrie. Durant les longues saisons sèches, nous observons une diminution de l’assimilation nette de CO2 foliaire, de l’efflux de CO2 des troncs ou de la densité de flux de sève, et dans une moindre mesure de la respiration foliaire. Cette diminution concerne un nombre plus important d’arbres, quand l’intensité de la sécheresse est plus forte (2008 par rapport à 2007). Néanmoins, de grandes différences de réponse à la sècheresse du sol ont été observées, suggérant des sensibilités et des mécanismes de réponse différents entre ces arbres. En habitat de bas-fond, nous montrons une plus faible diminution des flux carbonés et hydriques en saison sèche, suggérant un accès pour ces arbres aux horizons humides, proches de la nappe phréatique. Par ailleurs, nos résultats suggèrent pour certains arbres un effet négatif des conditions d’anoxie sur ces flux en saison des pluies.Si l’accentuation de l’intensité des saisons sèches en forêt tropicale humide Amazonienne se confirme, comme suggérée par les modèles climatiques, ce travail suggère des modifications rapides de la composition spécifique des forêts, au profit des espèces plus résistantes aux contraintes hydriques
The aim of this work was to characterize the seasonal variations in leaf and trunk gas exchange of tropical rainforest canopy trees exposed to dry seasons. This study focused on measuring gas exchange (CO2 and H2O) at the leaf and trunk level during dry seasons in a Terra firme forest and in a seasonally flooded forest in order to specify their sensitivity and response to drought.Our results showed that part of the studied trees do not encounter a large reduction in soil water content during dry seasons, suggesting that they display deep rooting systems.During long dry periods, we recorded a decrease in leaf photosynthesis, trunk CO2 efflux or sap flow density, and foliar respiration to a lesser extent, for a majority of the trees. Nevertheless, large differences among trees in their response to these conditions were observed, suggesting distinct sensitivities and response to soil drought among trees. Furthermore, these variations were greatest when soil drought was highest (2008 as compared to 2007).In seasonally flooded forest, the decrease in gas exchange was less, suggesting that these trees do have access to wet layers during the dry season, close to the groundwater. However, during wet seasons, we observed a negative effect of anoxia for some trees, whereas others did not display any response, suggesting large differences in tolerance to anoxia among trees abundant in these seasonally flooded forests.We conclude that would seasonal soil droughts increase over the next decades, large vegetation changes might occur because of the large differences among trees in their functional response to soil drought conditions

Ce travail de thèse avait pour objectif la détermination des processus à l'origine du déclin de la productivité des forêts avec l'âge. La démarche envisagée a consisté en l'étude de plusieurs paramètres écophysiologiques sur une chronoséquence constituée de quatre peuplements équiennes et monospécifiques de Pin maritime âgés de 10 à 91 ans. Nous avons montré que la productivité aérienne diminue de 60 % entre 10 et 91 ans. Ce déclin est essentiellement attribué à une diminution de la production primaire brute (GPP), laquelle est expliquée à la fois par une réduction de l'indice foliaire du peuplement et une diminution de la productivité par unité de surface foliaire. La conductance hydraulique spécifique foliaire diminue avec l'accroissement en hauteur de l'arbre. Nous avons montré que la plante maintient son potentiel hydrique au-dessus d'une limite critique (- 2 MPa), indépendamment de son âge et de sa hauteur. Cette homéostasie hydrique est assurée par deux types d'ajustements, une réduction du rapport surface foliaire / surface d'aubier, et une régulation stomatique. Ces deux mécanismes de compensation participent au déclin de productivité aérienne et réduisent également la transpiration de la strate arborescente de 70 % chez les peuplements âgés. De plus, l'évapotranspiration totale de l'écosystème ne semble pas diminuer chez les peuplements âgés, suggérant une augmentation de la transpiration du sous-bois qui compenserait la diminution de transpiration des arbres. Par ailleurs, les capacités photosynthétiques semblent diminuer à partir de l'âge de 20 ans. Les variations inter-peuplements sont bien expliquées par la teneur foliaire en phosphore. Ce résultat complète des observations empiriques étayant l'hypothèse de la séquestration des nutriments limitants, tels que le phosphore dans le cas du Pin maritime. Ce phénomène pourrait ainsi contribuer à l'affaiblissement de la production primaire brute avec l'âge.

Les coupes à blanc à grande échelle ont mené à la raréfaction des essences résineuses dans les forêts mixtes de l’est de l’Amérique du Nord. Cette situation a conduit les intervenants forestiers à considérer des traitements sylvicoles alternatifs, comme les coupes partielles. L’objectif principal de cette étude était d’évaluer la capacité des coupes partielles industrielles à limiter l’enfeuillement de peuplements dominés par les feuillus intolérants. Au total, 90 placettes-échantillons ont été visitées avant et cinq ans après traitement afin d’obtenir des informations sur les arbres prélevés, le couvert arborescent ainsi que la régénération pré- et post-intervention. Les résultats obtenus indiquent que les probabilités de transition (abondance relative projetée) du peuplier faux-tremble sont influencées positivement par l’intensité de prélèvement et la surface terrière initiale en peuplier. Le degré d’importance de la régénération préétablie en sapin baumier a une influence négative sur les probabilités de transition du peuplier.

Modifications dues à la substitution d'une plantation de pices abies à une forêt feuillue mélangée des Ardennes sur les sols (morphologie, caractéristiques physicochimiques, bilan isoquartz) et le cycle biogéochimique (flux en solution, variation des concentrations, redistribution par les eaux de gravité, bilan apports-pertes dans les écosystèmes feuillus et résineux)

Les changements environnementaux à l’échelle globale peuvent se traduire par une modification des conditions abiotiques et de la diversité biologique. La fonction de production des écosystèmes forestiers a la particularité d'être à la fois soumise à, et régulatrice de ces changements environnementaux. Il apparaît alors primordial de comprendre la manière dont la diversité en essences et les facteurs abiotiques exercent le contrôle de cette fonction. Au cours de mes travaux j’ai étudié la variation de l'effet du mélange d’essences sur leur productivité dans un contexte climatique et édaphique changeant. Grâce à une double approche, basée sur des données locales et des données de l'Inventaire forestier national, je me suis concentrée sur cinq espèces forestières européennes majeures en peuplements purs et bispécifiques : Quercus petraea, Pinus sylvestris, Fagus sylvatica, Abies alba et Picea abies. En plaine je montre que l'effet du mélange d’essences varie peu avec les facteurs abiotiques. De plus cet effet est déterminé par la tolérance à l'ombrage de l'espèce accompagnatrice. En montagne l’effet du mélange d’essences sur leur productivité est plus fort et positif lorsque les facteurs abiotiques sont les plus limitants pour la croissance. Ces résultats illustrent l’intérêt d'intégrer les facteurs abiotiques et les caractéristiques fonctionnelles des espèces comme déterminants de l'effet de la diversité biologique sur les fonctions de l'écosystème
Global environmental changes may lead to a modification of abiotic factors and biological diversity. The production function in forest ecosystems has the particularity to be both subjected to, and a regulator of, these environmental changes. Understanding how forest productivity is driven by species diversity and environmental factors is therefore a critical issue. This PhD thesis studies how tree species mixture affects their productivity along edaphic and climatic gradients. Based on an approach using both an original dataset and the national forest inventory dataset, I focused on five major species of European forests in pure and two-species forests: Quercus petraea, Pinus sylvestris, Fagus sylvatica, Abies alba and Picea abies. In lowlands, abiotic factors had little impacts on the outcome of tree species mixture on productivity. In addition, the effect of tree species mixture was determined by the shade tolerance of companion species. In highlands, the positive effects of tree species mixture were strongest when the abiotic factors were the most limiting for growth. These results highlight the importance of considering abiotic factors and the functional characteristics of species as drivers of the effect of biological diversity on ecosystem functions

Cette étude a été réalisée dans le domaine bioclimatique de la sapinière à bouleau blanc. Trois traitements d’éclaircie précommerciale (EPC) différents, répartis dans cinq blocs, ont été comparés à des stations témoin non éclaircies. Un traitement conventionnel a été effectué selon la norme en vigueur au Québec en 2001 (MRN 2001) et deux traitements alternatifs ont été élaborés en fonction d’objectifs régionaux. Dans chaque bloc, il y a 4 placettes témoins, 4 placettes traitées selon la norme de 2001 et 4 placettes traitées selon une modification à la norme de 2001 (traitement alternatif). Dans les blocs 1 et 2, ce traitement alternatif consiste au maintien de tiges résiduelles, à une distance de moins de 2 m, dans un seul quadrant (un quart de cercle). Dans les blocs 3, 4 et 5, le traitement alternatif consistait à espacer de cinq mètres les feuillus intolérants. Les effets des traitements et de la compétition sur la croissance en hauteur et en diamètre ont été modélisés pour la période de cinq ans suivant la réalisation d’une éclaircie précommerciale. À densité élevée, la compétition intra et interspécifique affecte grandement tous les aspects de la croissance des tiges résineuses, mais à densité faible elle affecte seulement la croissance en diamètre et la grosseur des branches. Les effets de l’EPC sur l’évolution du coefficient de distribution, du diamètre moyen quadratique et de la surface terrière ont également été modélisés. L’EPC affecte négativement les coefficients de distribution résineux et feuillus, mais c’est surtout les feuillus qui sont affectés. Le traitement d’EPC conventionnel favorise l’accroissement des 1 500 plus grosses tiges résineuses à l’hectare, mais ne favorise pas nécessairement l’accroissement en surface terrière. Les compétiteurs feuillus ou résineux, plus petits que la tige dégagée et situés dans un quadrant à une distance inférieure à deux mètres, influencent peu la croissance des tiges résineuses dégagées par éclaircie précommerciale, mais ils affectent négativement le développement des branches. Ceci suggère qu’une EPC dans laquelle quelques compétiteurs plus petits que l’arbre d’avenir sont laissés dans un quadrant de compétition, peut constituer une solution de compromis tant au niveau de la croissance de l’arbre que de la qualité de la tige.
This study was realized in the bioclimatic domain dominated by balsam fir and white birch. Three different treatments of precommercial thinning (PCT), distributed in five blocks, were compared with a control. A conventional treatment was made according to the standards current in Quebec in 2001 and two alternative treatments were elaborated according to the regional objectives. In every block, there are four control plots, four plots treated according to the 2001 MRNF standards of precommercial thinning and four plots treated according to a modification in the standards of 2001. In blocks 1 and 2 the alternate treatment consists in the preservation of residual stems, at a distance of less than 2 m, in a quarter circle. In blocks 3, 4 and 5 the alternate treatment consisted in spacing out to 5 metres the intolerant broad-leaved trees. The effects of treatments and competition on the growth in height and in diameter were modelized for the period of five years following a precommercial thinning. At high density, the intra and interspecific competition affect largely all the aspects of the growth of the coniferous stems, but in low density it affects only the growth in diameter and the thickness of branches. The effects of the PCT on the stem stocking, the average diameter and of the stand basal area were also modelized. The precommercial thinning negatively affects the stocking of broadleaved and coniferous species, but it affects especially the broadleaved trees. The treatment of precommercial thinning improve the increment of the 1 500 largest coniferous stems per hectare, but does not facilitate the increase of stand basal area. The broadleaved or coniferous competitors, shorter than the crop trees, located in a quarter circle within a distance of 2 meters, do not influence the growth of the coniferous stems but they influence negatively the development of branches. This suggests that a precommercial thinning in which some competitors smaller than the studied tree are left as residual stems, could constitute a good alternative method to both tree growth and quality.

Les peuplements mélangés font l'objet d'un intérêt croissant de la part des gestionnaires forestiers, résultant d'une part de la diversité de leurs fonctions, et d'autre part, de l'idée générale selon laquelle les forêts mélangées seraient plus résistantes et résilientes aux événements extrêmes. Dans ce contexte, l'objectif principal de ce travail est de caractériser la diversité fonctionnelle de la gestion de l'eau d'un jeune peuplement mélangé, notamment en condition de sécheresse. L'étude s'est orientée sur (i) la description de la réponse des arbres à la sécheresse à l'aide de mesures de flux de sève et potentiels hydriques de base, (ii) la caractérisation de l'absorption de l'eau au travers d'études de morphologie racinaire et d'expérimentations de marquages isotopiques (deutérium et 18O) et (iii) la vulnérabilité à la cavitation des différentes espèces et son contrôle par les stomates. L'étude de la croissance radiale des arbres, de leur phénologie ainsi que celle de l'efficience d'utilisation de l'eau ont également été abordées. L'ensemble de ces mesures a permis, grâce à une analyse en composantes principales, de mettre en évidence un partage spatial (enracinement plus ou moins profond) et temporel (phénologies décalées dans la saison) de la ressource en eau et de définir différentes stratégies d'utilisation de l'eau au sein du peuplement. A l'échelle du peuplement, cette diversité fonctionnelle se traduit par une complémentarité de l'utilisation des ressources hydriques du sol et par des mécanismes de facilitation (« ascenseur hydraulique ») avec un avantage certain pour les peuplements mixtes par rapport aux peuplements monospécifiques
In regard to the various functions of forests and considering the general idea that mixed stands would be more resistant and resilient to disturbances, those stands are more and more promoted than pure stands. In such a context, characterize co-occurring species behaviour and define the possible interaction between them appeared to be necessary. The main objective of this work was to characterize the functional diversity in water uptake and regulation in a young broad leaved mixed forest, particularly under drought conditions. The study was focused on (i) drought response of the species from sap flow and predawn leaf water potential measurements, (ii) water absorption through two-dimensional root distribution and labeling experiments (using deuterium and 18O) and (iii) vulnerability to cavitation of the different species and its protection through stomatal regulation. Radial growth, phenology and water use efficiency were also taken into account in this analysis. A principal component analysis highlights a spatial and temporal partitioning of water resource and underlines contrasted tree water use strategies among co-occurring species. At stand level, this functional diversity results in complementarity soil water use and facilitation mechanism (hydraulic lift) that benefits to mixed in comparison to pure forest stands

Peu d'études ont jusqu'à présent intégré des analyses de diversité génétique multi-espèces. L'objectif de cette thèse est de contribuer à la réalisation d'une synthèse européenne de la variabilité génétique d'espèces forestières tempérées de feuillus, étudiées simultanément à l'aide de marqueurs chloroplastiques. Trois études principales ont été menées. (i) La première étude a consisté à reconstituer la phylogéographie de trois espèces : le lierre, le charme et le chêne. Différentes méthodes ont été utilisées et comparées pour analyser la structuration géographique de leur diversité, et le séquençage d'un fragment chloroplastique (l'intron de trnK) a permis la réalisation de phylogénies intraspécifiques. Les refuges et les voies de recolonisation empruntées ainsi que la capacité à maintenir leur diversité génétique initiale diffèrent selon les espèces. (ii) La deuxième étude a consisté à mettre au point des amorces consensus chevauchantes afin de couvrir la grande région simple copie du génome chloroplastique. Ce jeu d'amorces, étudié sur les différentes espèces du projet, a permis d'initier une étude sur la variation de la taille du génome chloroplastique au sein des Angiospermes à l'aide de la méthode comparative. Il apparaît que la taille des génomes est liée à celle des espaceurs intergéniques, et reflètent tant des contraintes phylogénétiques que des propriétés intrinsèques d'évolution de ces génomes. (iii) La troisième étude a porté sur la comparaison de la diversité nucléotidique de toutes les espèces forestières du projet européen, à l'aide de l'intron trnK comprenant le gène matK. Il apparaît que les substitutions synonymes sont majoritaires dans l'exon aussi bien au niveau interspécifique qu'au niveau intraspécifique, mais les non synonymes semblent légèrement sur-représentées au niveau intraspécifique. Enfin, le niveau de diversité intraspécifique ne semble pas être corrélé avec les niveaux d'évolution au niveau interspécifique dans notre échantillon.

Cette étude a été réalisée dans des peuplements mixtes à feuillus intolérants du domaine bioclimatique de la sapinière à bouleau blanc dans trois différentes régions du Québec (Portneuf, Mauricie et Lac St-Jean). Quatre-vingt-seize tiges de sapin baumier (Abies balsamea (L.) Mill) et d’épinette noire (Picea mariana (Mill.) B.S.P.) provenant de trois traitements d’éclaircie précommerciale (ÉPC) ont été analysées et comparées à des tiges de peuplements témoins (non éclaircis). Deux traitements alternatifs d’ÉPC ont été comparés à la norme de 2001. Un premier traitement alternatif consistait à maintenir des tiges résiduelles dans un seul quadrant de la tige dégagée. Le second consistait à espacer de cinq mètres les feuillus intolérants. Les effets de l’ÉPC, cinq ans après traitement, ont été mesurés en fonction des traitements et du nombre de compétiteurs (dans un rayon de quatre mètres autour de la tige échantillon). Les résultats démontrent qu’un nombre élevé de compétiteurs a un effet négatif sur l’accroissement quinquennal en diamètre des tiges et sur le diamètre des branches, mais un effet positif sur le pourcentage moyen de bois final dans le cerne de croissance. Le diamètre des branches cinq ans après ÉPC varie selon le traitement d’ÉPC et la position de la branche par rapport à l’apex de la cime. Le pourcentage moyen de bois final est influencé par le traitement d’ÉPC, le nombre de compétiteurs, le diamètre initial de la tige et la position par rapport à l’apex de la cime. Cette étude a permis de mieux comprendre les effets de l’ÉPC sur la qualité du bois dans des peuplements mixtes et de les comparer aux effets observés dans les peuplements à dominance résineuse. À la lumière des résultats obtenus, et selon l’application visée du produit fini, il est suggéré de maintenir un certain nombre de compétiteurs autour de la tige pour atténuer les effets négatifs que peut avoir l’ÉPC sur la qualité du bois.
A precommercial thinning (PCT) trial was conducted in mixedwood stands of balsam fir – white birch bioclimatic domain in three different regions of Quebec (Portneuf, Maurice, Lac St-Jean). Ninety-six stems (balsam fir and black spruce) were selected in three different PCT treatments. These stems were analyzed and compared to stems from control stands. Two alternative PCT treatments were compared to 2001 PCT standard. The first one consists in the preservation of residual stems in a quarter circle. The second one consists in spacing out to five meters intolerant hardwood stems. The five year impact of PCT was analyzed against PCT treatments and the number of competing stems (in a four meters radius). Results suggest that the number of competing stems has a negative impact on five-year increment in stem diameter and on branch diameter, but a positive impact on latewood content. Branch diameter five years after PCT varies according to PCT treatment and branch position in the stem. Latewood content varies according to PCT treatment, initial stem diameter and position in the stem. Latewood content is also affected by the number of competing stems. This study provides a better understanding of PCT effects on wood quality in mixedwood stands and allowed us to compare those results to the situation that prevails in softwood- dominated stands. In the light of our results, we suggest to preserve some competing stems in order to weaken negative impacts of PCT on wood quality.

Le réalisme d’une scène naturelle est fortement dépendant de la quantité et la variété d’objets la composant. Ce nombre d’éléments ainsi que leurs différences au sein d’une même famille constituent une hétérogénéité nécessaire de ce réalisme. Le vieillissement est un autre aspect important pour l’étude des scènes naturelles. En effet, une scène sans défauts paraitrait trop “neuve” et peu réaliste. La modélisation et le rendu de ces détails posent des problèmes couvrant plusieurs domaines de recherche. Nous devons fournir, pour chaque famille d’objets désirée, la possibilité d’en générer un grand nombre différent les uns des autres tout en les conservant identifiables. Ces objets doivent aussi pouvoir subir des formes de vieillissement afin de s’intégrer au mieux dans la scène naturelle désirée. Ces vieillissements spécifiques se traduiront par une altération des formes, des couleurs et de l’aspect des éléments qui peupleront la scène. Premièrement, pour explorer les détails à une petite échelle, nous nous sommes intéressés à la modélisation et au rendu de feuilles qui sont particulièrement présentes dans les scènes naturelles. Elles possèdent une vaste gamme de formes, de couleurs et de processus de vieillissement ce qui en fait un très bon exemple de variété. Notre modèle permet de générer le feuillage entier de végétaux à n’importe quel âge. Les feuilles générées seront toutes différentes dans une même famille, leurs formes et leurs couleurs différeront tout en restant semblables. La seconde partie de nos travaux porte sur la création de détails à plus grande échelle. L’altération du sol nous permet d’explorer ce niveau d’échelle. Quel que soit le matériau sur lequel on se trouve, les interactions avec le sol vont créer des traces. Dans les scènes naturelles, les piétons, les véhicules ou les animaux altèrent les sols où ils évoluent. Notre modèle se compose d’une trajectoire et des caractéristiques des empreintes. Le sol est ensuite altéré pour former des traces et des dépôts de matière le long de la trajectoire
The realism of a natural scenery is heavily dependent on the amount and the varietie of objects composing it. This number of elements and their differences within a same familly contribute to the necessary heterogeneity. Aging is another important aspect ; a scenery without flaws would appear too “new“ and unrealistic. Modeling and rendering of these details raise several problems covering several research fields. We must provide for the desired class of elements the ability to generate many distinct but recongnizable items. These objects should also be aged in order to better fit into the desired natural scenery. This aging will result in a change of shape and color of the considered elements. Our first interest was directed towards a little scale of details. For that purpose, we studied the modeling and rendering of leaves, which are especially present in natural sceneries. They have a wide range of shapes and colors, and undergo different aging processes which makes leave a good exemple of variety. Our model is able to generate the full foliage of plants at any age. The resulted leaves will all be different from each other for the same family ; their shapes and colors will vary while remaining similar. The second part of our work involves details at an upper scale. The alteration of soil grant us the ability to explore this field of details. Whatever the material composing the ground, the different interactions with it will create traces. In natural sceneries, the soil is affected by pedestrians, vehicles or animals. Our model consists of a trajectory and the characteristics of fingerprints. The soil is altered to form traces. Moreover, material deposits are considered along the trajectory

Ce travail de thèse explore la signification écologique des variations inter et intraspécifiques de la croissance et des traits fonctionnels des espèces d’arbres de forêt tropicale guyanaise en relation avec les conditions d’éclairement. Nous démontrons que le syndrome de traits associé à la niche de régénération (durée de vie des feuilles plus longue et surface massique plus grande pour les espèces les plus tolérantes à l’ombre) est valide pour 14 espèces non pionnières et non strictement sciaphiles. La plasticité de la surface massique exprimée au stade juvénile chez les espèces les moins spécialisées pourrait refléter une adaptation à l’hétérogénéité de l’éclairement rencontrée au stade jeune et au cours des stades ontogéniques successifs. Les analyses multivariées mettent en évidence un lien étroit entre la durée de vie des feuilles, la profondeur relative du houppier et la niche de régénération. La plasticité de la profondeur du houppier observée chez les espèces les plus héliophiles ne peut pas être interprétée comme une réponse d’évitement de l’auto-ombrage. Nous montrons qu’elle correspond plutôt à un changement des taux de croissance et de mortalité des feuilles et des branches imposé par les conditions d’éclairement et se produisant à l’échelle de la plante entière. En ce qui concerne la variabilité intraspécifique de la croissance des arbres adultes, nous avons observé une faible contribution de la compétition pour la lumière et un effet important de l’espèce. Nos résultats indiquent que ce patron de réponse résulte de la partition des espèces le long du gradient lumineux vertical et de la forte abondance d’espèces de petite taille peu sensibles à la compétition du fait de leur adaptation aux conditions lumineuses du sous-bois. La différentiation de niche de régénération et la stratification verticale des arbres adultes étayent l’hypothèse d’une partition de niche vis à vis de la ressource lumineuse dans les trois dimensions de la forêt tropicale humide
This study explores the ecological significance of inter- and intraspecific variations of growth and functional traits found in tropical tree species of French Guiana in relation to light regime. We demonstrate that the syndrome of leaf traits associated with light -niche (longer life span, higher leaf mass per area of more shade tolerant species) holds among a set of 14 species comprising no pioneer nor any shade specialist species. Our results further suggest that plasticity of leaf mass per area expressed at the sapling stage may reflect adaptation to the spatial heterogeneity of light conditions encountered both at the sapling stage and later. Multivariate analysis provides evidence of a close linkage between leaf lifespan, relative crown depth and light-niche optimum. The plasticity in relative crown depth observed in shade-intolerant species can not be interpreted in terms of self-shading avoidance. Rather, crown depth adjustment was found to be a consequence of changes in growth rates and mortality rates of leaves and branches imposed by current light conditions and occurring at the whole-plant level. At the adult stage, our results point to competition for light making an unexpectedly low contribution to individual tree growth variations, contrasting with a major effect of species identity. We argue that this pattern of variation is likely to result from the vertical niche partitioning of species and the high abundance of small-statured species that are moderately responsive to light competition (consistent with their adaptation to understorey conditions). Light-niche differentiation of juvenile trees and vertical stratification of adult trees provide strong evidence for light niche partitioning in the three-dimensional space of tropical forests

Dans les régions tempérées, la chute annuelle des feuilles alimente la litière et constitue l'apport principal d'azote au sol dans les écosystèmes forestiers peu pollués. Cette litière est décomposée plus ou moins rapidement selon le type d'humus et l'azote libéré participe au cycle de l'azote. Il se distribue dans les différents compartiments biotiques et abiotiques du sol. Au stade ultime de la dégradation de la litière, l'azote inorganique est de nouveau accessible pour l'arbre. Notre objectif était de suivre et de caractériser le devenir de l'azote organique de la litière de hêtre, ainsi que la répartition des différentes formes d'azote dans les compartiments du sol et de la plante d'une hêtraie de montagne âgée de 50 ans, à Aubure (Haut-Rhin). Afin de suivre le flux d'azote de la litière dans les différents compartiments azotes, nous avons utilisé la méthode de traçage isotopique. Une quantité importante de litière de hêtre, enrichie en #1#5n a été produite et ensuite distribuée sur le sol de cinq placettes expérimentales situées dans la hêtraie d'Aubure. Dans une phase initiale, la décomposition minérale des feuilles de hêtre, de la litière fraiche et de la litière en décomposition a été mesurée. La taille des différents compartiments azotes de la litière, du sol et du hêtre, ainsi que leur enrichissement isotopique ont été mesurés. La dynamique de l'azote dans la litière en décomposition est, des le dépôt de la litière, caractérisée par un apport d'azote exogène et, en même temps, par une libération continue de l'azote interne. Cette libération d'azote interne est parallèle à la perte de masse de la litière. L'azote libéré est rapidement minéralisé, incorporé dans la biomasse microbienne du sol, puis, prélevé par l'arbre. A l'issue de trois ans, la plus grande partie de l'azote de la litière décomposée s'est concentrée à l'interface entre le sol organique et minéral. Seuls 2 à 3% d'azote de la litière ont été prélevés par l'arbre. Ceci montre que dans le système étudié, la participation directe de la litière à la nutrition azotée de l'arbre est faible. La comparaison des signatures isotopiques des tissus de l'arbre et des différentes fractions azotées du sol, suggère que les mycorhizes forment leur azote structural à partir de l'azote organique du sol, tandis que l'arbre s'alimente principalement à partir de l'azote minéral de la solution du sol. Cette analyse isotopique de la décomposition de la litière de hêtre dans la hêtraie d'altitude d'Aubure nous a permis d'identifier les principaux compartiments du sol alimentés par la dégradation de la litière. Elle participe d'une étude globale du cycle de l'azote dans la hêtraie vosgienne. Les données acquises seront utilisées pour alimenter les modèles mathématiques actuellement développés afin de comprendre le cycle des éléments minéraux dans la forêt caducifoliée.

Les plantes et les insectes forment l’un des principaux niveaux trophiques des écosystèmes au cours des 325 derniers millions d’années. Aujourd’hui, l’augmentation rapide et continuelle de la température principalement causée par l’activité humaine depuis les derniers siècles, perturbe la balance des écosystèmes sur Terre. En conséquence, comprendre le rôle des interactions entre les plantes et les insectes, à travers le temps mais aussi les réseaux trophiques, est essentiel. Le registre fossile est une opportunité exceptionnelle d’examiner les réponses aux interactions plante-insecte lors de longues variations climatiques et à travers des traces de réaction de la plante sachant que la Terre a déjà été soumise à de nombreux changements climatiques. Durant les derniers 3 millions d’années, des oscillations entre de longues périodes froides et de courtes périodes chaudes ont eu lieu. Les écosystèmes Européens ont particulièrement été impactés par ces oscillations. Le Langerstätte de Willershausen (Allemagne) a été particulièrement étudié. C’est un gisement contenant plus de 8000 feuilles fossiles. Ces feuilles relatent d’une paléoforêt ayant existé il y a 3- 2,6 Ma dans un climat plus chaud qu’aujourd’hui (ca.+5°C). Dans ces conditions climatiques, de nombreuses espèces d’écosystèmes Méditerranéens étaient présentes, telles que l’Érable de Montpellier ou l’Olivier. En comparaison, d’autres paléoforêts ont été prise en compte : Berga (du même âge et proche de Willershausen) et Bernasso (plus jeune que Willershausen (2,16 — 1,96 Ma) localisée dans le sud de la France près de la Méditerranée. Ces forêts sont comparables notamment du fait des nombreux taxons communs qu’elles partagent. En outre, certaines de ces espèces sont aujourd’hui endémiques de la région du Caucase, telles que le Parrotie de Perse ou encore l’orme du Caucase. Le but de cette étude a été de déterminer en quoi les différences climatiques peuvent être impliquées dans les changements des interactions plante-insecte au sein des paléoforêts Européennes de la fin du Pliocène - début du Pléistocène. Les résultats obtenus ont permis de mettre en évidence les impacts de la saisonnalité des températures et précipitations facteurs impactants les interactions plante-insecte des paléoforêts Européennes. Il est apparu que les écosystèmes sujets à d’intenses saisonnalités hydriques ont pu engendrer une plus grande spécialisation des interactions plante-insecte déduite d’un fort taux d’interactions spécialistes observées. En parallèle, les températures les plus froides durant l’année semble être un facteur important dans la faible diversité de dégâts, probablement dû à un faible métabolisme de la majorité des insectes. L’absence de corrélation convergente entre la richesse des plantes et la richesse des interactions pourrait suggérer que l’influence des facteurs climatiques surpasse l’impact potentiel des interactions biotiques locales. Pour l’ensemble de ces paramètres qui ont pu avoir un impact sur les interactions plante-insecte, nos connaissances actuelles sont encore insuffisantes. Il serait intéressant de focaliser davantage d’études sur les forêts modernes avec les méthodes appliquées dans le fossile. C’est dans cette intention qu’une partie de cette étude a étudié une espèce de plante (Parrotia persica) actuellement endémique de la forêt Hyrcanienne (Iran). Cette forêt est supposée être une forêt analogue des paléoforêts Européennes étudiées dans cette thèse. Pour le moment, les observations qui ont été faites en Iran semblent corroborer notre interprétation. Au final, les études sur les interactions plante-insecte des forêts anciennes et actuelles, combinés avec les études de changements climatiques, pourraient nous permettre de mieux caractériser les relations entre les insectes et les plantes au sein d’une forêt
Insects are the most diverse animals on Earth, and neatly associated with plants they represent two of the major groups of organisms both in species diversity and biomass quantity. The majority of their interactions involves insect feeding and insect parasitism mostly on leaves. Plant and insect compose one of the main trophic levels in ecosystems over the 325 million years. Today, the continuous and fast rising of temperature mostly due to human activities since the last century is disturbing the balance of ecosystems on Earth. Consequently, to understand the role of plant and insect interactions, through time but also trophic networks, becomes crucial. The fossil record is an exceptional opportunity to survey responses of plant-insect interaction to climate variations over long time interval through traces of plants reactions caused by interaction with insects, as Earth has already experienced many climate changes. For the last 3 million years, oscillations between long cold periods and short warm periods have occurred. Europe ecosystems has been particularly impacted. The Lagerstätte of Willershausen (Germany) was specifically study. It is an exceptional fossil outcrop that contains ca. 8000 collected fossil leaves. These leaves testify a paleoforest developed there around 3—2.6 Ma ago in a climate warmer than today (ca. +5°C). Under these conditions, many plant species typical of the Mediterranean ecosystems were settled there, such as Montpellier maple or Olive tree. For comparison, other paleoforests were studied: Berga (similar in age and geographically close to Willershausen) and Bernasso (younger than Willershausen (2.16—1.96 Ma) and located in southern France close to Mediterranean. These forests were compared as many common plant taxa were similar between each other. Furthermore, some species today endemic to the Caucasian region, such as Persian ironwood or Caucasian elm, were also present in these outcrops. The aim of this study is to determine how far the climate differences could be involved in the changes of plant-insect interactions in European paleoforests of the late Pliocene – early Pleistocene. Results highlighted the impacts of both hydric and temperature seasonality, hitherto underestimated in the fossil record, on the patterns of plant-insect interaction in the European paleoforests. It appeared that ecosystems subject to intense hydric seasonality could led to higher specialization of plant-insect interaction inferred by higher rate of observed damages due to ‘specialists insects’. In parallel, the coolest temperature during the year seems to be a major factor in the low diversity of damage in paleoforest, presumably due to lower insect metabolism. Absence of convergent correlations between plant richness and damage richness could suggested that influence of climatic factors override impact of these local biotic factors. In order to understand the whole parameters that could have an impact on plant-insect interactions, our current knowledges are still insufficient. It would be wise to make more investigations on modern forests with the methods as applied in fossil record community structure studies. These investigations could help to understand the factors potentially involved in the establishment of a pattern of plant-insect interactions. It is in this perspective that a part of this study was precisely focused on one plant species (Parrotia persica) currently endemic to the Hyrcanian forest (Iran). This forest is supposed to be an analogue forest of the European paleoforests as those studied in this thesis. For now, observations made in Iran tend to corroborate our interpretation. Finally, the studies on plant-insect interactions in past and extant ecosystems, combined with the study of climatic changes, should permit us to better characterize the relations between plants and insects in forests through time

La relation entre la biodiversité et le fonctionnement des écosystèmes est devenue une question centrale dans la recherche en écologie au cours des 20 dernières années. Diverses études ont montré que la réduction de la diversité génétique, taxonomique et de groupes fonctionnels réduit l’efficacité des communautés à capturer les ressources essentielles (aliments, eau, lumière, proies) et leur conversion en biomasse. Les effets positifs de la biodiversité semblent être remarquablement cohérents entre différents groupes d’organismes, niveaux trophiques, et écosystèmes étudiés. Une telle cohérence suggère qu’il existe des principes généraux contrôlant la façon dont l’organisation des communautés influence le fonctionnement des écosystèmes. Les preuves empiriques de cette relation ‘biodiversité-fonctionnement des écosystèmes’ (B-EF) se sont très généralement basées sur des organismes à croissance rapide comme espèces végétales des prairies ou des expérimentations contrôlées en laboratoire, dans des microcosmes ou mésocosmes. Pour élargir les connaissances actuelles des effets de la biodiversité sur le fonctionnement des écosystèmes, des expériences en milieu naturel dans des écosystèmes plus complexes et diversifiés tels que les forêts tropicales sont nécessaires. Cela est d’autant plus important que l’on considère que, par rapport aux espèces de latitudes plus hautes, les organismes tropicaux sont particulièrement vulnérables au changement climatique en raison de leurs tolérances physiologiques étroites. La relation B-EF prendrait plus d’importance si les approches futures considereraient les connexions potentielles above- belowground. Ceci, du à que les écosystèmes terrestres se composent de deux sous-systèmes, un de surface (aboveground) et un souterrain (belowground), dont les rétro-alimentations entre les deux compartiments jouent un rôle déterminant dans la régulation de la structure des communautés et le fonctionnement des écosystèmes. Dans le sous-système de surface, l’herbivorie est un processus clé à la base de la diversification et la maintenance des communautés de plantes, notamment à travers l’évolution de stratégies de défense contre les herbivores. . .

Cette thèse porte sur l'impact à court terme de la tempête de 1999 sur la biodiversité de chênaies de Seine-et-Marne. 125 000 coléoptères (66 familles, 93 Carabidae et 185 coléoptères saproxyliques) ont été échantillonnés dans 24 trouées de chablis de 0,1 à 3,3 ha, 14 témoins forestiers et 12 coupes ou fourrés. Deux ans après la tempête, les assemblages sont différenciés des témoins forestiers aux trouées, avec le développement des coléoptères aquatiques, des floricoles, des prédateurs mais non des phytophages. La composition des saproxyliques est modifiée. Les Carabidae de milieu ouvert colonisent les trouées et les forestières y régressent. A l'échelle du paysage, la surface et l'isolement des trouées par rapport aux milieux ouverts influencent la colonisation des Carabidae et des saproxyliques. La faune des trouées, riches en bois mort exposé, diffère également des coupes. L'intérêt, pour la biodiversité, de grandes trouées non exploitées et de petites coupes (0,5 ha) est discuté
The short-term impact of the Lothar windstorm (1999) on biodiversity was studied in oak forests in Seine-et-Marne, France. 125,000 beetles (66 families, 93 carabid and 185 saproxylic species) were sampled in 24 windthrow gaps (from 0. 1 to 3. 3 ha in size), 14 closed-canopy control stands and 12 open stands. Two years after the storm, beetle assemblages were clearly different in controls and gaps. The abundance of aquatic, flower-visiting and zoophagous beetles increased in gaps but phytophagous beetles did not. Saproxylic species composition differed significantly in gaps and controls. Open-land carabid species had colonised the gaps, whereas the forest taxa had decreased. At the landscape scale, gap size and gap isolation from surrounding open lands influenced their colonisation by carabid and saproxylic beetles. Between fellings and gaps rich in dead-wood, beetle fauna differed. Large, uncleared gaps and small fellings (0,5 ha) may enhance biodiversity

Actuellement les boisements feuillus post-culturaux se developpent rapidement dans les zones ou l'agriculture et l'elevage sont en repli. Dans les alpes ce phenomene a ete peu etudie. L'approche proposee s'articule autour de trois etudes complementaires: 1 une analyse de la ressource existante dans quelques regions forestieres a partir des donnees de l'inventaire forestier national, 2 une analyse structurale des boisements de maurienne et tarentaise a partir des donnees dendrometriques recueillies sur le terrain, 3 une analyse de la place de ces formations feuillues dans le processus de succession vegetale. En fait, la dynamique de ces formations apparait etre le reflet des interactions locales entre l'action de l'homme, le climat et les conditions de milieu. Ainsi d'une region a l'autre la repartition des trois especes etudiees (frene, erable et merisier) peut varier considerablement, depuis une dispersion dans des peuplements forestiers occupant de larges surfaces jusqu'a la concentration sur de petites surfaces, sans oublier le developpement de vrais peuplements feuillus post-agricoles occupant les adrets des alpes intermediaires. Une telle diversite de situations a des consequences pour la gestion. En fait, ces peuplements peuvent, selon les circonstances, presenter un avenir sylvicole, accroitre la biodiversite, ameliorer le cadre de vie, seule une connaissance a la fois ecologique et sylvicole de ces boisements doit permettre d'optimiser leur utilisation dans la gestion de l'espace rural

La gestion forestière durable nécessite d'évaluer l'impact des traitements et des pratiques sylvicoles sur la biodiversité. Dans les forêts domaniales françaises, les anciens taillis-sous-futaie de chêne sont convertis vers la futaie régulière dont la surface s'agrandit, et sont donc voués à disparaître dans les décennies à venir.

Dans ce contexte, nous avons étudié l'impact à court terme de deux types de coupes d'intensités différentes (la coupe d'ensemencement et la coupe d'éclaircie), ainsi que la succession et la reconstitution des communautés de macro-Lépidoptères nocturnes au cours de la première moitié du cycle de futaie régulière, en référence aux anciens taillis-sous-futaie. Une deuxième partie aborde le rôle des caractéristiques dendrométriques, structurales et floristiques du peuplement forestier. Les travaux, menés en forêt domaniale de Montargis (45), ont nécessité une mise au point de la méthode d'échantillonnage pour comparer de manière synchronique 6 stades sylvicoles (incluant celui d'avant conversion) répartis parmi 35 sites. Les analyses ont porté sur la communauté entière, sur des groupes écologiques et biologiques définis a priori (selon l'habitat, le type et le nombre de plantes-hôtes consommées, le stade hivernant et la capacité de dispersion) et sur les espèces suffisamment fréquentes. Les réponses sont perçues à travers les variations de richesse spécifique, d'abondance absolue et de composition en espèces.

La coupe d'ensemencement, de forte intensité et initiatrice du cycle sylvicole, entraîne rapidement une modification profonde des communautés et la chute de la richesse spécifique et de l'abondance totales. La coupe d'éclaircie, de faible intensité, ne modifie pas la richesse et l'abondance totales et très peu la composition spécifique. Au cours du cycle sylvicole, la composition spécifique évolue pour se rapprocher, en jeune futaie vers 110 ans, de la composition d'origine. La richesse et l'abondance totales augmentent dans les stades jeunes pour atteindre un maximum en bas-perchis vers 45 ans puis tendent à diminuer légèrement jusqu'en jeune futaie où leurs valeurs d'origine sont retrouvées. La majorité des espèces est indifférente à la coupe et au cycle mais les autres ont des réponses contrastées. Les réponses des groupes étudiés suivent celle de la communauté entière, y compris pour les espèces supposées favorisées par la coupe (espèces de milieux ouverts, espèces liées aux herbacées). Néanmoins des tendances permettent de classer les espèces en deux groupes. Les espèces les plus défavorisées par la coupe d'ensemencement à court et à long terme sont les forestières, celles liées aux ligneux, les monophages, celles hivernant au stade d'œuf et les Geometridae, moins aptes à la dispersion. Les espèces les moins défavorisées sont les eurytopes, celles liées aux herbacées, les polyphages, celles hivernant au stade de chenille et les Noctuidae, plus aptes à la dispersion. La surprenante similarité des réponses des groupes (sauf pour les espèces lichénophages) à la coupe d'ensemencement peut être expliquée par un renseignement des traits d'espèce peu fiable et, au stade de régénération, par une plus faible détectabilité, des conditions micro-climatiques défavorables, une mauvaise qualité du feuillage, une prédation et un parasitisme élevés. Nous pensons que l'envergure moyenne des individus ne reflète pas la capacité de dispersion mais pourrait être liée au volume de vol disponible.

Dans les peuplements âgés, la richesse des Lépidoptères est liée positivement à la richesse floristique du sous-bois, mais sur l'ensemble des stades sylvicoles la richesse totale augmente avec l'hétérogénéité structurale du peuplement forestier (nombre de strates, recouvrement de la strate arbustive). La composition spécifique est aussi particulièrement liée à la richesse floristique du sous-bois.

Dans les limites de l'étude, la conversion ne semble pas menacer la diversité des Lépidoptères nocturnes. Toutefois, si les tendances observées se confirmaient, la deuxième moitié du cycle de futaie régulière serait défavorable aux espèces forestières et à celles ayant une faible capacité de dispersion.

Les peuplements forestiers mélangés subissent moins de dégâts d’insectes herbivores que les peuplements purs, du fait d’une diminution de l’accessibilité à la ressource ou/et d’une amélioration des conditions de survie de leurs ennemis naturels. Pour vérifier ces hypothèses, nous avons étudié un insecte ravageur, la processionnaire du pin (Thaumetopoea pityocampa), et ses insectes parasitoïdes dans le contexte de monoculture de pin maritime (Pinus pinaster) de la forêt des Landes de Gascogne, où persistent localement des zones de milieu ouvert (parefeux, coupes rases) et des boisements d’essences feuillues (haies en bordure de peuplement de pin, ripisylves, îlots). Nous avons pu démontrer que :(1) La colonisation des parcelles de pin par la processionnaire est limitée parla présence de haies de feuillus en lisière de parcelle. En effet, les feuillus jouent un rôle de barrière physique, entravant la détection visuelle des pins par la femelle de processionnaire lorsqu’elle recherche un site d’oviposition.(2) La longévité des principaux parasitoïdes, spécialiste et généraliste, des oeufs de processionnaire est favorisée par la consommation de miel lat produit pardes pucerons du chêne. Cela permet notamment à l’espèce généraliste, qui émergedeux mois avant la processionnaire, de prolonger sa présence dans le milieu et doncd’augmenter sa probabilité de parasiter des pontes de processionnaire.(3) Les chrysalides de processionnaire du pin survivent mieux dans le sol desmilieux ouverts que sous couvert forestier (de pin ou de feuillus), du fait d’unetempérature et d’une humidité plus élevées. L’association de pins et de milieuxouverts favorise la processionnaire par complémentation des habitats, tandis que laprésence de feuillus peut représenter un piège écologique pour les chenilles aumoment de l’enfouissement.(4) À l’échelle du paysage, les peuplements de pin maritime au centre depaysages hétérogènes sont moins infestés que dans les paysages de monoculture.De plus, les niveaux d’infestation de la processionnaire diminuent lorsque laproportion de feuillus dans le paysage environnant augmente.Ces résultats sont interprétés en fonction des mécanismes écologiquesexpliquant la relation entre diversité et herbivorie. Des possibilités de transfert vers lagestion forestière de la forêt des Landes de Gascogne sont proposées, ainsi que desperspectives en termes de recherche scientifique
Mixed forests are less prone to insect damage than pure forests because ofreduced host accessibility and/or improved control by natural enemies. To test thesehypotheses, we have studied the ecology of the pine processionary moth (PPM)(Thaumetopoea pityocampa) and its parasitoid, in a monoculture of maritime pine(Pinus pinaster) plantations, the Landes de Gascogne forest. There, open areas(firebreaks, clear cuts) and patches of broadleaved woodlands (hedgerows, riparianforest, natural forest remnants) still persist locally. In this study we have shown that:(1) Pine stand colonization by PPM was limited by the presence ofbroadleaved hedgerows at stand edge. Broadleaved trees formed physical barriersdisrupting the visual detection of pine trees by PPM females when searching for anoviposition site.(2) The longevity of the two main PPM egg parasitoids increased whenspecimen were fed with honeydew produced by oak aphids. The generalist species,which emerges two months before PPM, could benefit from this longer lifespan tooverlap its host emergence.(3) PPM pupae survived better in the soil of open areas than under forestcovers (pine or broadleaved trees), because of higher temperature and humidity. Theassociation between pine stands and open areas benefits PPM through habitatcomplementation, whereas the presence of broadleaved trees may act as anecological trap for PPM caterpillars.(4) Maritime pine stands within heterogeneous landscapes exhibited lowerPPM infestations than similar stands within pine monocultures. PPM infestation levelsdecreased with increasing percent broadleaved area in the surrounding landscape.These results are discussed according to the ecological mechanisms whichmay explain the relationship between insect herbivory and tree species diversity.Perspectives for improved PPM management in the Landes de Gascogne forest, andfor further scientific research are proposed

Les espèces végétales, et en particulier les espèces d'arbres, forment un cadre de choix pour un processus de reconnaissance automatique basé sur l'analyse d'images. Les critères permettant de les identifier sont en effet le plus souvent des éléments morphologiques visuels, bien décrits et référencés par la botanique, qui laissent à penser qu'une reconnaissance par la forme est envisageable. Les feuilles constituent dans ce contexte les organes végétaux discriminants les plus faciles à appréhender, et sont de ce fait les plus communément employés pour ce problème qui connaît actuellement un véritable engouement. L'identification automatique pose toutefois un certain nombre de problèmes complexes, que ce soit dans le traitement des images ou dans la difficulté même de la classification en espèces, qui en font une application de pointe en reconnaissance de formes.Cette thèse place le problème de l'identification des espèces d'arbres à partir d'images de leurs feuilles dans le contexte d'une application pour smartphones destinée au grand public. Les images sur lesquelles nous travaillons sont donc potentiellement complexes et leur acquisition peu supervisée. Nous proposons alors des méthodes d'analyse d'images dédiées, permettant la segmentation et l'interprétation des feuilles d'arbres, en se basant sur une modélisation originale de leurs formes, et sur des approches basées modèles déformables. L'introduction de connaissances a priori sur la forme des objets améliore ainsi de façon significative la qualité et la robustesse de l'information extraite de l'image. Le traitement se déroulant sur l'appareil, nous avons développé ces algorithmes en prenant en compte les contraintes matérielles liées à leur utilisation.Nous introduisons également une description spécifique des formes des feuilles, inspirée par les caractéristiques déterminantes recensées dans les ouvrages botaniques. Ces différents descripteurs fournissent des informations de haut niveau qui sont fusionnées en fin de processus pour identifier les espèces, tout en permettant une interprétation sémantique intéressante dans le cadre de l'interaction avec un utilisateur néophyte. Les performances obtenues en termes de classification, sur près de 100 espèces d'arbres, se situent par ailleurs au niveau de l'état de l'art dans le domaine, et démontrent une robustesse particulière sur les images prises en environnement naturel. Enfin, nous avons intégré l'implémentation de notre système de reconnaissance dans l'application Folia pour iPhone, qui constitue une validation de nos approches et méthodes dans un cadre réel
Plant species, and especially tree species, constitute a well adapted target for an automatic recognition process based on image analysis. The criteria that make their identification possible are indeed often morphological visual elements, which are well described and referenced by botany. This leads to think that a recognition through shape is worth considering. Leaves stand out in this context as the most accessible discriminative plant organs, and are subsequently the most often used for this problem recently receiving a particular attention. Automatic identification however gives rise to a fair amount of complex problems, linked with the processing of images, or in the difficult nature of the species classification itself, which make it an advanced application for pattern recognition.This thesis considers the problem of tree species identification from leaf images within the framework of a smartphone application intended for a non-specialist audience. The images on which we expect to work are then potentially very complex scenes and their acquisition rather unsupervised. We consequently propose dedicated methods for image analysis, in order to segment and interpret tree leaves, using an original shape modelling and deformable templates. The introduction on prior knowledge on the shape of objects enhances significatively the quality and the robustness of the information we extract from the image. All processing being carried out on the mobile device, we developed those algorithms with concern towards the material constraints of their exploitation. We also introduce a very specific description of leaf shapes, inspired by the determining characteristics listed in botanical references. These different descriptors constitute independent sources of high-level information that are fused at the end of the process to identify species, while providing the user with a possible semantic interpretation. The classification performance demonstrated over approximately 100 tree species are competitive with state-of-the-art methods of the domain, and show a particular robustness to difficult natural background images. Finally, we integrated the implementation of our recognition system into the \textbf{Folia} application for iPhone, which constitutes a validation of our approaches and methods in a real-world use

Les objectifs de ce travail de thèse étaient : (i) identifier les principaux compromis et covariations d'un ensemble de traits foliaires relatifs à l'acquisition du carbone et (ii) caractériser la variabilité de ces traits en réponse à l'éclairement (plasticité phénotypique) et la diversité interspécifique de cette plasticité chez des espèces de forêt tropicale humide. Les mesures ont été réalisées sur des semis de 13 espèces d'arbres élevés en conditions contrôlées dans 3 traitements d'éclairements relatifs distincts. Une analyse coût-bénéfice des traits du bilan de carbone foliaire a été centrée sur les coûts de construction du métamère (CCmetm), le temps de retour sur investissement (PBT) et la mesure des durées de vie des feuilles (LLS). Une forte diversité interspécifique a été observée pour l'ensemble des traits étudiés. Les espèces se répartissent le long d'un axe opposant durée de vie des feuilles et LMA (masse surfacique) d'un côté, aux capacités photosynthétiques (Asat), PNUE (Asat/N), respiration (Rd) et teneurs en azote (Nm) de l'autre. Ces résultats sont en adéquation avec le schéma universel d'acquisition des ressources proposé par Wright et al. (2004). Les relations entre LLS et PBT sont faibles et l'ensemble des espèces amortissent très largement leur CCmetm. De manière générale, le classement des espèces est maintenu d'un traitement à l'autre et, à l'exception des coûts de construction, seuls de faibles effets d'interaction ont été observés entre espèces et traitements. Le calcul d'un indice de plasticité a également permis de montrer qu'en dépit d'une certaine diversité interspécifique de la plasticité phénotypique, aucune espèce n'était globalement plus « plastique » que les autres sur l'ensemble des traits considérés. Enfin, si les espèces pionnières se distinguent nettement par leurs attributs, leur degré de plasticité n'est pas différent de celui des espèces de sous-bois.

Les écosystèmes forestiers sont l’un des principaux fournisseurs de services écosystémiques terrestres, dont le changement climatique récent a déjà altéré le fonctionnement. Des augmentations des taux de mortalité ont été mis en évidence à différents endroits du globe, de même que des évènements de mortalité massifs attribués à des sécheresses de plus en plus fréquentes et intenses. Toutefois, la mortalité d’un arbre est un phénomène multifactoriel. Il est difficile d’évaluer l’importance relative des différents facteurs pouvant conduire à la mort d’un arbre, et notamment l’importance du changement climatique par rapport aux facteurs liés à la dynamique forestière, aux facteurs environnementaux ou encore biotiques. Cette thèse porte sur l’étude des déterminants de la mortalité de fond, qui est la mortalité observée dans un peuplement en l’absence de perturbation extrême, pour les principales espèces forestières européennes. L’ensemble de l’étude a été réalisée à partir des données de l’inventaire forestier de l’Institut national de l'information géographique et forestière (IGN) et de données climatiques de Météo France couvrant la période 1961 - 2015.Dans un premier temps, nous avons modélisé les déterminants de la mortalité de fond pour 43 espèces d’arbres représentatives des forêts tempérées européennes. Nous avons utilisé les relevés de 372.974 arbres dont 7.312 arbres morts. Les facteurs liés à la compétition, au stade de développement des arbres, à la structure et composition du peuplement et à l’intensité des travaux sylvicoles expliquent 85% de la mortalité récente modélisée, et les facteurs environnementaux (sol et conditions climatiques moyennes) 9%. Les augmentations de températures et baisses de précipitations entre la période contemporaine du relevé et la période 1961 – 1987 jouent un rôle pour 45% des espèces, expliquant 6% de la mortalité modélisée.Ensuite, nous nous sommes intéressés au lien entre la position des arbres le long des gradients environnementaux (température et précipitations) et la sensibilité aux changements de températures et de régimes de précipitations. Nous avons mis en évidence, pour 9 espèces sur 12, une exacerbation de la mortalité due aux augmentations de température et baisses de précipitations récentes lorsque celles-ci sont combinées à des conditions climatiques moyennes chaudes et sèches. Ces résultats mettent en évidence une vulnérabilité exacerbée pour les arbres évoluant vers les limites chaudes et sèches de leur aire de distribution.Enfin, nous avons cherché à évaluer le lien entre la sensibilité au changement climatique et le statut social et la taille moyenne des arbres. Nos résultats indiquent que les arbres dominés sont plus sensibles aux augmentations de températures que les arbres dominants. A l’inverse, les arbres dominants apparaissent plus sensibles aux baisses de précipitations, avec un effet maximal atteint pour les arbres dominants de gros diamètre. Globalement, nos résultats indiquent que la mortalité due aux augmentations de températures ou aux diminutions de précipitations est nettement plus importante pour les arbres dominés que pour les dominants, et que le statut social de l’arbre joue un rôle plus important que la taille de l’arbre.Ces travaux ont permis de mettre en évidence l’existence d’un lien entre les augmentations de températures, les baisses de précipitations récentes et les taux de mortalité observés en forêt sur près de la moitié des espèces arborées de la forêt française. Ils ont également permis de démontrer que ces effets étaient exacerbés sur les arbres évoluant à proximité des limites chaudes de leur aire de distribution. Enfin, ils ont permis d’évaluer les différences de sensibilité au changement climatique en fonction du statut social et de la taille des arbres. Ces résultats permettent de mieux comprendre l’impact des changements climatiques sur les forêts françaises et européennes, contribuant à mieux anticiper leurs effets
Forest ecosystems are one of the main providers of terrestrial ecosystem services, whose functioning has already been altered by recent climate change. Increases in tree mortality rates have been highlighted in different biomes worldwide, as well as increases in the frequency of massive mortality events following droughts. However, tree mortality is a multi-causal process. It is difficult to quantify the importance of the different factors that can possibly lead to tree death, and particularly the importance of climate change in comparison with forest dynamics and competition-related effects, environmental or biotic factors. This thesis aims at assessing the drivers of background tree mortality, which is the mortality observed in a stand in the absence of extreme perturbation, for the main European tree species. We used data from the French forest inventory of the National Geographic Institute (IGN) and historic climate data from Météo-France spanning the years 1961 to 2015.First, we modelled background tree mortality for 43 tree species in order to identify the drivers of background tree mortality. We used 372.974 trees, including 7.312 dead trees surveyed between the years 2009 and 2015. We found that factors related with competition, tree development stage, stand structure and species composition and logging intensity explained 85% of the recent tree mortality. Environmental factors (soil and climate conditions) accounted for 9% of the total modelled mortality. Temperature increases and rainfall decreases since the period 1961 – 1987 had a significant effect on the mortality of 45% of the 43 species and explained in average 6% of the total modelled mortality.Secondly, we focused on the link between trees locations along temperature and rainfall gradients and their sensitivity to changes of temperature and rainfall. We found that, for 9 species out of 12, temperature increases and rainfall decreases effects were more important in areas with high mean temperature and low mean rainfall. These results show that climate change-related tree mortality could be exacerbated towards the species’ warm and dry edges.Finally, we sought to evaluate how climate change-related tree mortality varied along trees social statuses and sizes gradients. We found that suppressed trees were more sensitive to temperature increases than dominant trees. On the contrary, dominant trees, and particularly large dominant trees, appear to be more sensitive to rainfall decrease than suppressed trees. Overall, our results show that climate change-related tree mortality is globally more important for suppressed than dominant trees.We highlighted the existence of a link between recent temperature increases and rainfall decreased and observed tree mortality rates on around half of the species of the French forest. We also showed that these effects were exacerbated towards the warm and dry edges of the species ranges. Finally, we showed that these effects differed according to trees social statuses and development stages. These results allow us to better understand the impacts of climate change on French and European forest and to better anticipate their effects through the adaptation of silvicultural practices

L'objectif de cette these est la creation d'une clef d'identification des dicotyledones ligneuses tropicales. Cette clef permet de reconnaitre facilement et rapidement environ 120 familles sur le terrain au moyen des seuls caracters vegetatifs. La clef a l'avantage de ne pas utiliser les caracteres taxonomiques lies aux fleurs et aux fruits, elle est donc en principe utilisable en toutes saisons, pourvu qu'on ait acces aux ecorces et au feuillage. On donne les distributions taxonomiques des caracteres utilises par la clef et les principales familles des dicotyledones tropicales sont representees par de nombreuses illustrations. Cette these permet aussi d'avancer des arguments concernant la position systematique de quelques familles et ordres. Finalement, quelques correlations entre caracteres vegetatifs sont presentees avec un apercu sur la macroevolution des dicotyledones

Les associations organo-minérales jouent un rôle prépondérant dans la séquestration à long terme des matières organiques des sols forestiers, mais les contributions des différents types d’association organo-minérale à la stabilisation, ainsi que les processus microbiens qui en sont responsables, restent mal connus. Pour y remédier, des techniques de traçage isotopique ont été combinées à la séparation densitométrique séquentielle des associations organo-minérales. Ces dernières ont été investiguées in et ex situ, à différentes échelles spatiales (macroscopique, submicrométrique et moléculaire) et temporelles (de 8 heures à 12 ans).Quatre types d’association organo-minérale ont été distingués : les débris végétaux associés à quelques rares minéraux, les agrégats végétaux, les agrégats microbiens et les grains minéraux. Le traçage isotopique du carbone et de l’azote dérivés des litières de feuilles a mis en évidence, à l’échelle de la décennie, des transferts entre les différentes associations organo-minérales. Tous deux entrent dans le sol sous forme de fragments végétaux, puis migrent progressivement vers les agrégats végétaux et microbiens. Les agrégats apparaissent pertinents pour la stabilisation du carbone et de l’azote à l’échelle décennale. Une petite fraction du carbone et de l’azote apparaît rapidement stabilisée dans les grains minéraux denses. Nos observations du devenir du 15N indiquent que l’activité des microorganismes du sol est responsable de ces transferts. Les fragments de feuilles colonisés par les microorganismes sont progressivement incorporés dans les agrégats végétaux. A mesure que la décomposition se poursuit, les agrégats végétaux se disloquent pour former des agrégats plus stables, plus pauvres en matières organiques, plus enrichis en produits microbiens et plus compacts : les agrégats microbiens. La stabilisation microbienne a été étudiée aux échelles macroscopique, submicrométrique et moléculaire, principalement par NanoSIMS et LC-IRMS. Elle opère (i) directement par immobilisation dans les cellules microbiennes et (ii) indirectement via une abondante production de métabolites extracellulaires. La calibration des C/N obtenus par NanoSIMS a permis de déterminer qu’ils sont stabilisés dans les associations organo-minérales sans contrôle apparent de la chimie des matières organiques. L’incorporation du 13C dans les sucres aminés, biomarqueurs des biomasses bactériennes et fongiques, indique que les microorganismes vivants croissent où la ressource se trouve. Ils s’accumulent dans les agrégats microbiens via les processus de transfert précédemment évoqués. Ce travail souligne l’importance des agrégats pour la séquestration du carbone et de l’azote dérivés des litières à l’échelle de la décennie. Il met également en évidence le rôle des microorganismes dans les transferts et la stabilisation du carbone et de l’azote dérivés des feuilles au sein d’associations organo-minérales
Organo-mineral associations play a key role in the long-term sequestration of organic matter in forest soils. However, knowledge about the contribution of the different types of organo-mineral associations and the microbial processes involved in soil organic matter stabilisation is scant. To solve it, stable isotope techniques have been combined with the sequential density fractionation of organo-mineral associations. Isolated fractions were investigated in field and in lab, at different temporal (from 8 hours to 12 years) and spatial scales (macro-, submicron- and molecular scales).Four types of organo-mineral associations were distinguished: plant debris with little mineral attached, plant aggregates, microbial aggregates and mineral grains. Isotopically labeled beech leaf litters were tracked at a decadal time-scale to reveal transfers in between organo-mineral associations. Both litter-derived carbon and nitrogen entered the soil as plant fragments to progressively pass through plant and microbial aggregates. Aggregates appeared particularly meaningful for the stabilisation of litter-derived carbon and nitrogen at a decadal time-scale. Little of the litter-derived carbon and nitrogen was found quickly stabilized to mineral grains. Microbial activities appeared as a major controlling factor for the evolvement of organo-mineral associations, responsive for the transfers of litter-derived carbon and nitrogen. Indeed, plant debris colonized by microorganisms are progressively trapped into plant aggregates. As decomposition proceeds, plant aggregates disrupt into denser microbial aggregates. These aggregates are loaded with lesser organic matter, but enriched in stable microbial materials.Stabilisation by soil microorganisms has been studied at the macro-, submicronand molecular- scales, using mostly NanoSIMS and LC-IRMS. Microbial stabilization operated (i) directly through immobilization in microbial cells and, (ii) indirectly through large production of extracellular microbial products. By calibrating the NanoSIMS for accurate C/N ratios, extracellular microbial products have been shown to be stabilized onto organo-mineral associations without apparent control of the mineral-attached organic matter chemistry. The incorporation of 13C tracers into amino sugars, biomarkers of bacterial and fungal biomasses, revealed that living microorganisms grow where the resource is, but accumulate in microbial aggregates. Microbial biomasses moved from plant debris to microbial aggregates, likely along with the transfers of decaying litter residues as described above.This work points aggregates as meaningful organo-mineral associations for the sequestration of litter-derived carbon and nitrogen at the decadal time-scale. It also revealed the role of microorganisms in the transfers and stabilization of litterderived carbon and nitrogen within organo-mineral associations

Les objectifs de ce travail étaient de caractériser l'effet de l'état hydrique foliaire sur la photosynthèse, d'étudier l'impact des forts éclairements sur l'appareil photosynthétique en liaison avec l'état hydrique des feuilles et d'évaluer l'influence réelle d'un desséchement du sol sur le fonctionnement de l'appareil photosynthétique d'arbres adultes durant la période estivale. Les résultats obtenus sur les chênes confirment la forte tolérance de l'appareil photosynthétique à la déshydratation des tissus foliaires et à la diminution des réserves hydriques du sol. La limitation de l'assimilation nette de Co2 en réponse à la sécheresse résulte essentiellement de la fermeture des stomates. Une photoinhibition durable de l'appareil photosynthétique n'est jamais observée, tant que les feuilles ne sont pas soumises à des éclairements supérieurs à ceux qu'elles ont connus durant leur croissance. Différents mécanismes contribuent à cette tolérance des feuilles aux excès d'éclairement. La capacité des feuilles à moduler l'activité photochimique du ps2 en réponse aux variations d'éclairement et/ou des besoins en électrons apparait comme le mécanisme quantitativement le plus important. Mais, en situation de sécheresse, la photorespiration permet de limiter la réduction de l'activité du photosystème 2

Les interactions climat-environnement sont susceptibles d’être profondément modifiées du fait du changement climatique observé au cours des dernières décennies, et de celui prévu pour le moyen terme. Dans cette thèse, deux Zones Ateliers du CNRS (ZA Alpes et ZA Armorique), espaces spécifiques pour l’analyse des relations Hommes-Milieux, sont privilégiées pour une étude d’impact des variations climatiques sur certains facteurs de l’environnement végétal. L’objectif de cette thèse est de déterminer la variabilité spatio-temporelle du climat et de la phénologie afin de pouvoir tester la reproductibilité de l’influence du premier facteur sur le second, en caractérisant certains comportements soumis aux principales contraintes climatiques.L’analyse de séries stationelles et des réanalyses issues de Météo-France s’effectue par le biais de méthodes statistiques pour isoler les principales tendances, ruptures et modes de variabilité spatio-temporelle observés sur deux variables climatiques (température et cumuls pluviométriques) sur la période contemporaine (1959-2009). Cette dernière permet de mettre en avant une rupture thermique significative pour l’année 1987 avec une augmentation (plus marquée en Armorique) de l’ordre de 1°C. Les précipitations montrent une modification de leur mode de variabilité interannuelle, avec un allongement des alternances de périodes sèches et humides passant de 6-8 ans après les années1990, contre 2-4 ans avant. Leurs influences sur la végétation sont suivies grâce à l’étude de la phénologie saisonnière de la principale formation végétale naturelle présente dans les deux ZA, soit les espaces forestiers caduques.Des données bioclimatiques issues de l’Observatoire des Saisons ainsi que des traitements analytiques à partir de données issues de la télédétection satellitaire (SPOT-VGT et MODIS) permettent de mieux définir la variabilité spatio-temporelle de la phénologie forestière alpine et armoricaine. Un essai de modélisation statistique des liens climat-phénologie est ensuite proposé par le biais d’un modèle degré-jour, calibré et validé avec l’aide des données insitutionnelles et issues de la télédétection. Le forçage final est réalisé avec des données de prévisions climatiques obtenues parle modèle ALADIN sur une période temporelle proche (2021-2050), montrant une certaine modification des paramètres climatiques, comme une augmentation de la température d’environ 1°C et une diminution des précipitation de l’ordre de 100 mm en Armorique. Les résultats provenant de la modélisation statistique permettent d’observer une avancée des stades de feuillaison pour les deux zones d’études en fonction de conditions bioclimatiques potentielles attendues dans les deux espaces d’étude. Néanmoins, ces résultats soulèvent aussi la question des rétroactions dynamiques entre la végétation et le climat, analyses non abordées dans cette thèse
Climate change occuring during last decade will deeply modify climate and environnemental interaction. Inthis PhD, two sites of European Lon-Term Ecosystem Research Network (French Alps and Britany), specializedin human/nature relationships and environnmental studies were selected for analyzing phenological impact withclimate change constraint. The aim of this work is to determine the spatio-temporal variability of climate andphenology over both sites and to predict the response of forestry phenology under climate change constraint.Meteorological spatio-temporal variability is explained from Météo-France time series analyses and also withclimate reanalysis on the 1959-2009 period. Temperature and precipitation appeared to be best climatologicalvariable to discrimine the impact on vegetation. Since 1987, a significant temperature increase of about 1°C appears(less in the Alps and more in Armorics). Precipitation temporal variability appeared to change near year 1990with a quasi-biennial periods before and with a 6-8 year period after 1990. Phenology is used to monitor naturalforestry dynamics and the feedback on climate on vegetation. Bioclimatics data from « Observatoire des Saisons »and determined from remote sensing data (SPOT-VGT and MODIS datasets) are used to follow spatio-temporalvariability of the phenology. Relationships between climate and phenology are determined by statistical modelisation(degree-day model). SAFRAN-France data and phenological remote sensing data are combined to calibrate and tovalidate of the model in present time. Climate forecast from ALADIN model are used to execute the model on afutur period (2021-2050) with an thermal increase condition of around 1°C and a diminution of precipitation inArmorics (100 mm). Degree-day model predict an advance of growth phase over both site according to climateforcing