Добірка наукової літератури з теми "Fonctionnement hydrique des arbres"

Cet article propose une présentation structurée de travaux récents et en cours de quatre jeunes chercheuses sur le thème de la sécheresse édaphique en forêt en France métropolitaine, un phénomène qui devient de plus en plus fréquent et/ou intense perturbant le bon fonctionnement de ces écosystèmes. La gestion d’une crise sans précédent induite par des sécheresses récentes passe tout d’abord par la quantification et la cartographie de cet aléa e, puis par l’évaluation et la compréhension des impacts induits par ce déficit hydrique sur la croissance primaire et secondaire des arbres. Enfin, diverses stratégies d'adaptation peuvent alors être mises en place afin de réduire la vulnérabilité des peuplements, en fonction des enjeux exposés (production de bois, séquestration de carbone) et de la gravité de ces impacts. Ces stratégies peuvent être ou non rentables pour le propriétaire forestier. Messages clésLes sécheresses édaphiques deviennent de plus en plus fréquentes en France.La gestion des sécheresses nécessite une meilleure cartographie de ces aléas.Des stratégies peuvent être mises en place pour réduire la vulnérabilité des peuplements.

Les effets de la densité du peuplement, du statut social et des conditions locales de bilan hydrique estival ont été analysés sur la résistance (Rt), la récupération (Rc) et la résilience (Rs) à la sécheresse de 2003. La croissance radiale a été étudiée sur 269 jeunes chênes sessiles échantillonnés dans le réseau d’expérimentations sylvicoles du GIS Coop. Il apparaît une interaction forte entre les conditions locales de bilan hydrique et la densité : diminuer la densité augmente la résistance, la récupération et la résilience des arbres particulièrement sur les sites secs. Cet effet est indépendant du statut social. Messages clés :• Les peuplements en situation hydrique favorable ont été les plus exposés à la sécheresse de 2003.• Diminuer la densité a augmenté la résistance, la récupération et la résilience des chênes sessiles.• L’effet a été particulièrement fort dans les conditions stationnelles les plus sèches.

La longue période de déficit hydrique dont a souffert la région sahélienne depuis les années 1970 et la sédentarisation progressive des tribus nomades ont localement causé une dégradation et une surexploitation de ces écosystèmes fragiles et notamment de la savane arbustive. Les écosystèmes sont considérés comme dégradés lorsqu'ils perdent leur résilience en subissant des modifications difficilement réversibles ou totalement irréver - sibles. Les caractéristiques des écosystèmes dégradés sont la raréfaction ou la disparition de la flore arborée et herbacée, la réduction de l'activité biologique du sol et l'augmentation des phénomènes de ruissellement superficiel et d'érosion. La réhabilitation de la couverture végétale des surfaces dégradées représente un passage clé dans le contrôle et la lutte contre la désertification. L'article présente les résultats d'un suivi sur six ans de la récupération d'écosystèmes dégradés dans le nord du Burkina Faso (province de l'Oudalan). Les résultats démontrent l'importance de l'approche basée sur la création de demi-lunes pour la récolte des eaux de pluie dans la restauration des paysages sahéliens et cela même dans les zones les plus dégradées. Sur les surfaces traitées sont constatées une production soutenue de biomasse herbacée (en moyenne environ 1 000 à 1 200 kg de matière sèche par hectare et par an) et une couverture forestière significative (de l'ordre de 350 arbres par hectare), avec des arbres en mesure de pousser spontanément, même sous la pression du pâturage extensif traditionnel et des années de stress hydrique. (Résumé d'auteur)

Description du sujet. Dans les régions arides et semi-arides, la disponibilité en eau est l’un des facteurs limitant de la croissance et du développement des arbres. L’étude de la réponse au déficit hydrique des espèces végétales permettrait de sélectionner du matériel végétal résistant pouvant se développer dans les zones sujettes à des déficits hydriques périodiques. Objectifs. L’objectif est d’évaluer la tolérance au stress hydrique de cinq espèces prioritaires pour le reboisement que sont Faidherbia albida, Acacia senegal, Jatropha curcas, Combretum micranthum et Pterocarpus lucens. Méthode. L’induction du stress a consisté à soumettre des jeunes plants d’un mois à divers régimes d’arrosage combinant deux facteurs : la quantité d’eau apportée (100 %, 50 % et 25 % de la réserve utile du substrat de sol utilisé) et la fréquence d’arrosage (3 jours, 7 jours et 10 jours), à travers un dispositif complètement randomisé avec 10 traitements hydriques, dans un essai sous serre. Les performances de croissance et les indices de tolérance des plants soumis au stress ont été mesurés pour chaque traitement. Résultats. Les résultats montrent qu’à l’exception de Pterocarpus lucens, caractérisée par de très faibles indices de tolérance en condition de stress sévère, les quatre autres essences sont performantes du fait de leur faible sensibilité au déficit hydrique et de leur taux de survie élevé. L’espèce Acacia senegal s'est révélée plus tolérante au déficit hydrique, suivie respectivement de Jatropha curcas, Combretum micranthum et Faidherbia albida. Conclusions. Les plants de ces quatre espèces constituent donc un matériel prometteur pour les reboisements des milieux soumis fréquemment à des déficits hydriques, comme les zippela.

Après l’exceptionnel épisode de sécheresse-chaleur 2018, des dépérissements de hêtres (Fagus sylvatica L.) adultes sont apparus au moment de la feuillaison au printemps 2019 le long d’un axe Gray-Belfort, sur les secteurs de basses altitudes (< 600 m). L’importance du phénomène tient autant à son impact au niveau des arbres qu’à son étendue (plusieurs milliers d’hectares) et affecte une zone au cœur de l’aire de distribution et de production du Hêtre. L’anomalie 2018 de déficit hydrique sur cette région peu habituée à en connaître en a constitué le facteur déclenchant. Ce dépérissement a été brutal (mortalité de branches voire d’individus), et se produisait sur des hêtres possédant un houppier le plus souvent complet avec une ramification dense. Afin de mieux appréhender le phénomène, différentes études ont été initiées : quantification spatiale du dépérissement, suivi des trajectoires de récupération ou de dégradation des hêtres selon la sévérité des symptômes initiaux, identification de facteurs de vulnérabilité. Messages clésLe déficit hydrique exceptionnel de 2018 est à l’origine des dépérissements de Hêtre.Des études sont en cours pour préciser le devenir des peuplements.

Ce travail avait pour premier objectif d'analyser les relations hydriques de semis de cinq espèces forestières (Fagus sylvatica, Betula verrucosa, Quercus petraea, Quercus pédonculé et acer pseudoplatanus) en liaison avec la lumière. A l‘aide d'un méthode hydraulique (conductimètre) nous avons mesuré la perte de conductivité PLC dans les rameaux (âgés 2ans) latéraux de ces semis. De nettes différences entre espèces et les traitements ont été obtenues. Nous avons observé un gradient de PLC dans les branches. Ce gradient est corrélé avec l'éclairement reçu par les branches au cours de leur croissance. En tout cas, les plants d'ombre présentent une vulnérabilité plus forte que ceux de pleine lumière avec des différences entre Psi (potentiel induit 50% d'embolie) d'environ 1MPa pour les traitements extrêmes, et avec une vulnérabilité plus élevée pour le bouleau que pour les autres espèces. Ainsi nous avons trouvé que la structure anatomique du xylème (surface, diamètre et densité des vaisseaux) a été modulée par le climat lumineux. Les rameaux des plants de lumière présentent des vaisseaux de diamètre ou surface plus élevé que les plants d'ombre, et une plus forte densité de ces vaisseaux. Le chêne présente les vaisseaux les plus larges et corrélativement la densité de vaisseaux les plus faibles. . .
This work had as first objective the analysis of water relations of five forest species (Fagus sylvatica, Betula verrucosa, Quercus petraea, Quercus péd onculé et acer pseudoplatanus) in relation with the irradiance. We used a conductmetre (the hydraulic methods) to measure the loss of the conductivity PLC in the side-branches (2years) for these different species. Clear differences observed between species and treatments. This gradient is strongly correlated with irradiance that branches received during the growth. Vulnerability curves for the four studied species are presented figure. We noticed a higher vulnerability for birch. The shape of the curves for the other species were very close. In each case, seedlings grown under shade presented an higher vulnerability than full light. Differences were highly significant. Differences between Psi 50% for extreme treatments (full light and deep shade) could reach 1 MPa. Xylem anatomy presents for all the studied species a high dependence with irradiance. The Oak presented the largest vessels and the weakest vessel densities globally. The impact of the luminous climate was very clean, with a gradual reduction of the diameter and the density of vessels in weak light with a clean reduction of the diameter and the density of vessels in all species. . . .

La structure spatiale de la végétation est un aspect important de la structure des écosystèmes herbes-arbes, mais son importance sur la production primaire et le bilan hydrique n'a pas été etudiée. Le travail de cette thèse a consisté à utiliser un modèle informatique spatialement explicite, dans l'optique de déterminer l'importance de la structure spatiale de la strate arborée sur les fonctionnements carboné et hydrique, en prenant l'exemple de la savane de Lamto (Côte d'Ivore). La paramétrisation et les tests du modèle ont nécessité l'acquisition de données de terrain. Les tests du modèle ont été satisfaisant. Les simulations à l'aide du modèle ont permis de montrer :(1) des effets importants de la densité des arbres sur la répartition de la production et du bilan hydrique entre les deux composantes herbes et arbres, sur la production totale du système, et sur les efficiences d'utilisation des ressources ( lumière,eau, azote ) à l'échelle de l'écosystème. .
Vegetation spatial structure is an important aspect of tree/grass ecosystem structure, but its influence on primary production and water balance has not been explored yet. To determine the importance of the spatial structure of the tree layer on a savanna ecosystem (Lamto, Ivory Coast ) carbon and water functions, a spatially explicit model was used. Field experiments were conducted to provide data to parameterize and test the model. Model tests were accurate. Experimental simulations done with the model showed that : (1) tree density had important effects on the partitioning of production and transpiration between the grass and tree components, on the total system production, and on ecosystem resource ( light, water, nitrogen ) use efficiencies ; (2) tree aggregation could, independently of tree density. .

Les arbres apportent de nombreux services écosystémiques en ville, ils permettent de diminuer certaines conséquences de l’urbanisation comme l’îlot de chaleur urbain et le ruissellement de l’eau. Leur effet thermo-radiatif améliore le confort thermique. Les arbres peuvent également impacter la qualité de l’air en ville via différents processus. Le dépôt de polluants gazeux et particulaires sur les feuilles des arbres peut contribuer à la diminution des concentrations. Cependant, l’effet aérodynamique des arbres modifie l’écoulement dans les rues canyons et limite la dispersion des polluants émis dans la rue. Par ailleurs, les arbres émettent des composés organiques volatils biogéniques (COVb) qui peuvent participer à la formation d’O3 et d’aérosols organiques secondaires. Les émissions de COVb varient selon l’espèce d’arbre, et sont influencées par des facteurs climatiques (température, rayonnement) mais aussi par le statut hydrique des arbres. Cette thèse a pour objectif de quantifier les impacts de ces différents processus sur la qualité de l’air en ville. Des simulations numériques sont réalisées sur la ville de Paris pendant l’été 2022 avec la chaîne de modèles CHIMERE/MUNICH afin de quantifier l’impact des arbres sur les concentrations atmosphériques de polluants à l’échelle locale et régionale. Les concentrations simulées sont comparées à des mesures. Les arbres urbains ne sont généralement pas pris en compte dans les modèles de qualité l’air, aussi bien à l’échelle régionale qu’à l’échelle de la rue. Pour intégrer les émissions de COVb dans le modèle régional CHIMERE, un inventaire est réalisé à partir de la base de données des arbres de la ville de Paris. Une méthode est développée afin d’estimer les caractéristiques des arbres qui sont utilisées en données d’entrée des différents modèles (surface de feuille, biomasse sèche, taille de la couronne, etc.). En moyenne sur les mois de juin et juillet 2022 à Paris, les émissions biogéniques locales des arbres induisent une augmentation de 1,0% d’O3, 4,6% de PM1 organiques et 0,6% de PM2.5. Les émissions biogéniques des arbres urbains augmentent très fortement les concentrations d’isoprène et de monoterpènes. Par comparaison aux mesures, les concentrations de terpènes ont tendance à être sous-estimées, compte tenu des incertitudes liées aux facteurs d’émissions et à la part de végétation manquante dans l’inventaire. Les émissions de terpène de la végétation urbaine et suburbaine influencent fortement la formation de particules organiques, il est donc important de bien les caractériser dans les modèles de qualité de l’air. Les différents effets des arbres urbains sur la qualité de l’air à l’échelle de la rue sont ensuite ajoutés dans le modèle de réseau de rue MUNICH. L’effet aérodynamique des arbres dans les rues est paramétré à partir de simulations de mécanique des fluides. Il induit une augmentation des concentrations des composés émis dans la rue. Cette augmentation peut atteindre +37% pour le NO2 dans les rues avec une surface de feuilles importante et un trafic élevé. Le dépôt sur les feuilles des arbres est calculé à partir d’une approche résistive adaptée à l’échelle de l’arbre urbain dans la rue. Cependant, son impact sur les concentrations reste limité sur les gaz et particules étudiés (< -3%).Pour finir, un couplage entre les modèles TEB (modèle de surface urbaine), SPAC (modèle de continuum sol-plante-atmosphère) et MUNICH a été mis en place. Ce couplage permet de mieux représenter les impacts des hétérogénéités du micro-climat urbain et de l’effet thermo-radiatif des arbres sur les concentrations de gaz et de particules. L’effet de ce micro-climat et du stress hydrique des arbres sur les émissions de COVb est aussi pris en compte afin d’affiner le calcul des émissions
Trees provide numerous ecosystem services in cities, helping to reduce some of the consequences of urbanization, such as the urban heat island and water run-off. Their thermo-radiative effect improves thermal comfort.Trees can also have an impact on urban air quality through various processes. The deposition of gaseous and particulate pollutants on tree leaves can help to reduce concentrations. However, the aerodynamic effect of trees modifies the airflow in street canyons and limits the dispersion of pollutants emitted in the street. Trees also emit biogenic volatile organic compounds (BVOCs), which can contribute to the formation of O3 and secondary organic aerosols. BVOC emissions vary depending on the tree species, and are influenced by climatic factors (temperature, radiation) and by the tree water status.The objective of this thesis is to quantify the impacts of these different processes on urban air quality. Numerical simulations are performed over the city of Paris during summer 2022 using the CHIMERE/MUNICH model chain in order to quantify the impact of trees on atmospheric concentrations of pollutants at the local and regional scales. The simulated concentrations are compared to measurements.Urban trees are not generally taken into account in air quality models, either at regional or street level. In order to integrate BVOC emissions into the CHIMERE regional model, an inventory is developed using the tree database of the city of Paris. A method is set up to estimate the characteristics of the trees, which are used as input data for the various models (leaf area, dry biomass, crown size, etc.). On average over the months of June and July 2022 in Paris, local biogenic emissions from trees lead to an increase of 1.0% in O3, 4.6% in organic PM1 and 0.6% in PM2.5. Biogenic emissions from urban trees strongly increase concentrations of isoprene and monoterpenes. Compared with measurements, terpene concentrations tend to be underestimated, given the uncertainties associated with emission factors and the missing part of the vegetation in the inventory. Terpene emissions from urban and suburban vegetation greatly influence the formation of organic particles, it is therefore important to characterize them properly in air quality models.The various effects of urban trees on air quality at street level are then added into the MUNICH street network model. The aerodynamic effect of street trees is parameterized using computational fluid dynamics simulations. It leads to an increase in the concentrations of compounds emitted into the street. This increase can reach +37% for NO2 in streets with a large leaf surface and high traffic. Deposition on tree leaves is computed using a resistive approach adapted to the scale of the tree in the street. However, its impact on concentrations remains limited for the gases and particles studied (< -3%).Finally, a coupling between the TEB (urban surface model), SPAC (soil-plant-atmosphere continuum model) and MUNICH models is developed. This coupling provides a better representation of the impacts of the urban micro-climate heterogeneities and of the thermo-radiative effect of trees on gas and particle concentrations. The effects of the micro-climate and of the tree water stress on BVOC emissions are also taken into account in order to refine the calculation of emissions

Faidherbia albida (Del. ) A. Chev. (syn. Acacia albida, Del. ) est un arbre à usages multiples de la famille des Legumineuses, très répandu en Afrique. Sa stratégie face à la sécheresse apparaît très originale : il est présent en zone semi-aride mais sa phénologie est inversée par rapport aux pluies : il débourre en fin de saison des pluies, fructifie et croît en cours de saison sèche, puis perd ses feuilles au début de la nouvelle saison des pluies. Son fonctionnement hydrique est très peu connu. Nous avons mené des suivis saisonniers du fonctionnement hydrique d'arbres adultes en parc agroforestier (Burkina Faso, Afrique de l'Ouest; 920 mm de pluies). Le potentiel hydrique de base est resté élevé tout au long de la saison sèche, indiquant que les arbres accédaient en permanence à des horizons de sol très bien pourvus en eau. Les racines descendaient jusqu'au voisinage de la nappe (-7 à -15 m selon les sites). La teneur isotopique en oxygène de l'eau du sol, de la nappe et de la sève brute indiquait que les arbres absorbaient essentiellement au voisinage de la nappe, sauf au moment des pluies, où ils opéraient un basculement vers la surface. Les arbres transpiraient intensément, notamment au début de la saison sèche (environ 400 litres par jour pour un arbre de 65 cm de diamètre, mesuré par une méthode de flux de sève). Mais la densité des tiges était faible, et la transpiration annuelle de la composante arbre des parcelles est restée inférieure à 5 % des pluies. Nous avons peu rencontré de variabilité du fonctionnement hydrique des arbres à l'intérieur du parc, bien que la profondeur des nappes ait été très différente. [. . . ]

Ce memoire presente un simulateur de structures de sol destine a la recherche de liaisons deterministes entre des caracteristiques structurales et les caracteristiques hydrodynamiques d'un sol non sature. La methode de construction de structures est basee sur une partition de l'espace en elements solides et pores individualises ; elle permet de representer les niveaux successifs d'une organisation en agregats ou encore des deformations de structure. Des modeles de structure fractales sont particulierement etudies. Les proprietes hydriques sont simulees sur le reseau de pores genere par notre construction. Les principaux resultats concernent: la liaison entre une distribution de tailles de pores et la relation pression capillaire/teneur en eau, ce qui amene a une analyse comparee de plusieurs approches de la fractalite des sols. L'influence de differents scenarios de deformation sous contrainte hydrique sur la determination de la relation pression/teneur en eau. L'importance de la repartition spatiale des pores et de leur interconnection en reseau sur l'hysteresis de la relation pression/teneur en eau et sur la determination de la conductivite hydraulique

L’imperméabilisation des sols en ville génère des problématiques aigües au niveau du cycle de l’eau urbaine : dégradation de la qualité des eaux de ruissellement, saturation des réseaux de collecte, risque d’inondation. Parmi différentes solutions, la construction de toitures végétalisées offre de nouvelles perspectives dans la gestion de ces eaux pluviales urbaines. De telles structures jouent en effet un rôle de régulation hydrique en retardant les pics de débit lors des pluies d’orage et plus globalement en diminuant les flux envoyés vers les réseaux. L’objectif de cette thèse est de quantifier et de modéliser les performances hydriques ce type de Technosol urbain, en intégrant à la fois les variations saisonnières et le vieillissement de la toiture végétalisée. Le travail repose en premier lieu sur une caractérisation physique et hydrique des constituants des toitures, à travers une démarche pour partie originale de transposition des méthodes développées sur les sols. Ensuite, un suivi expérimental (monitoring des flux et paramètres météorologiques) de quatre modalités de toitures – dont deux équipées d’une structure innovante de stockage d’eau – a été effectué à deux échelles : le laboratoire et le bâtiment. La modélisation et la simulation numérique du transport de l’eau a enfin été effectuée à l’aide du logiciel HYDRUS-1D, avec le formalisme des équations de Richards qui décrivent le transfert en conditions insaturées et la résolution de van Genuchten-Mualem. Les recherches ont permis de caractériser, sur une base physique robuste, les écoulements au sein de ces milieux poreux complexes. Une estimation des performances de différentes modalités de toitures au cours de trois années climatiques est proposée en contexte climatique Lorrain. La démarche de modélisation permet de décrire fidèlement les transferts à l’échelle du laboratoire mais tend à sous-estimer les flux in situ. À plus long terme, ces travaux permettent d’envisager aussi bien la simulation du comportement de toitures végétalisées sous d’autres climats, que des développements technologiques basées sur des nouvelles associations de constituants
The sealing in cities highly degrades the buffer and filter functions of soils which generates and/or emphasizes major environmental issues (e.g. urban heat island, flooding, pollution of the runoff water). Among other technologies, advances in green roof engineering provide solutions for the management of urban rainwater. Indeed, green roofs can highly contribute to water regulation service by delaying run-off peaks and decreasing water fluxes to storm water collection network. The purpose of this work is to quantify and model the hydric performances of such an urban Technosol by taking into account the seasonal variations and the aging of the green roof. Physic and hydric measurements were conducted on the green roof constituents. Then, water fluxes and meteorological parameters were monitored in four green roofs parcels – including two with an innovative water storage structure – both at the lab and the building scales. Finally, the hydrodynamics of green roofs was modeled and numerically investigated with HYDRUS-1D in the framework of the Richards equations and the van Genuchten-Mualem model that describe unsaturated flows. As a result: i) the water flows inside these complex porous media were physically characterized, ii) the hydric performances of different parcels over three years, under Lorraine climate, were evaluated, iii) the model approach reached to a good description of the hydraulic behavior at the lab-scale but tends to underestimate in situ water fluxes. Beyond that, this work can provide a robust approach to simulate water transfer in green roofs under different climates or situations and may also contribute to further technological development

A l'aide d'un fluxmètre haute pression (hpfm), nous avons déterminé la répartition des résistances hydrauliques dans les houppiers de hêtre. Nous avons observé un gradient de résistance dans les houppiers avec les plus fortes résistances dans les branches d'ombre. Ce gradient est fortement corrélé avec l'éclairement reçu par les branches au cours de leur croissance. C'est la structure morphologique (rameaux courts et rameaux longs) et anatomique (diamètre et densité des vaisseaux) des branches modulées par l'éclairement qui induisent ce gradient. Ainsi, nous avons montré que la taille réduite des vaisseaux et l'empilement des nœuds dans les branches d'ombre augmentaient les résistances hydrauliques. L'architecture hydraulique est acclimatée aux conditions microclimatiques et permet de soutenir la demande évaporatoire en limitant les risques de dysfonctionnement (cavitation et embolie). Lorsqu'il y a modification des conditions de croissance (contrainte hydrique, modification de l'éclairement), nous avons montré que des mécanismes de régulation et d'acclimatation se mettent en place. La régulation stomatique permet une réponse rapide et à court terme en limitant fortement les flux d'eau, alors que des modifications anatomiques (modification de la taille des vaisseaux et de la densité) permettent à l'arbre de s'acclimater aux nouvelles conditions de croissance. Cependant le système conducteur du hêtre est une structure vulnérable. Au cours de l'année, nous avons observé des phases de développement de l'embolie. Chaque hiver, l'embolie se développe progressivement suite à l'alternance de périodes de gel et de dégel et au cours de l'été lorsque s'installe une contrainte hydrique précoce et intense (cf. 1998). Une fois les vaisseaux emboisés, la conductivité hydraulique est réduite et chez le hêtre, elle n'est restaurée qu'au printemps suivant par la formation d'un nouveau cerne.