Le changement climatique est connu pour entraîner une redistribution spatiale des conditions climatiques et avec elle une migration des espèces vers les pôles et les sommets. De tels changements impliquent une réorganisation des communautés végétales dont la nature, l'intensité et le déterminisme sont encore peu connus. L'objectif de cette thèse est d'évaluer, à large échelle spatiale et sur de longs pas de temps, les changements de composition des communautés végétales forestières induits par le réchauffement climatique, ainsi qu'analyser les facteurs écologiques et géographiques contribuant à ces changements à l'échelle de l'espèce et des communautés. La réponse de la flore forestière vis-à-vis du réchauffement climatique a été étudiée à l'échelle du territoire français (~546000 km²) à partir de larges bases de données d'observations floristiques, de données environnementales mesurées et modélisées, et d'une approche modélisatrice basée sur le concept de niche écologique et sur le caractère bio-indicateur des espèces. Dans un premier temps, nous avons montré que le remaniement des communautés végétales a permis la compensation de 0.54°C du réchauffement climatique ayant touché les forêts de montagne entre les périodes 1965-1986 et 1987-2008 (i.e. +1.07°C) contre seulement 0.02°C pour les forêts de plaine (réchauffement = 1.11°C). Cette compensation partielle démontre l'existence d'une dette climatique de la flore induite par le réchauffement climatique. L'importance de cette dette en plaine par rapport aux montagnes provient probablement de l'effet combiné d'un déficit d'extinction et de migration des espèces en plaine conduit respectivement par une plus large tolérance thermique des plantes forestières sur cette zone et par une migration des plantes a priori (i) limitée par l'importante fragmentation des forêts de plaine et (ii) inférieure au déplacement des conditions thermiques en plaine. Les particularités écologiques et géographiques des forêts de plaine et de montagne nous ont amené à considérer deux types de menaces induites par le changement climatique : (i) l'attrition biotique en plaine, et (ii) la perte d'une biodiversité historique et spécifique en montagne (réduction de l'habitat des espèces alpines aboutissant à leur disparition) remplacée probablement par des espèces plus communes. Dans un second temps, les effets de facteurs abiotiques, biotiques et géographiques pouvant amplifier ou réduire les changements de distribution des espèces et de composition des communautés induits par le réchauffement climatique ont été caractérisés. [...] Suite et fin du résumé dans la thèse.

Le fonctionnement de l'écosystème forestier dans la haute vallée du Doubs, attestant le rôle déterminant du climat, permet par l'examen des conséquences des fluctuations climatiques sur une forêt climacique, de connaître la nature de la couverture forestière médiévale. Le milieu forestier que l'homme doit détruire pour s'installer résulte de la conjugaison d'une dynamique naturelle engagée depuis l'ère quaternaire et d'un impact anthropique progressif. Le lent processus de la colonisation depuis les premières traces de fréquentation mésolithique jusqu'au Moyen Âge, se confond avec l'essor des défrichements. L'histoire du peuplement du Haut-Doubs et du recul de la forêt dont le rythme épouse les vicissitudes démographiques dues aux guerres et aux crises du bas Moyen Âge, présente des singularités dans sa chronologie, les modalités des défrichements et la mise en valeur du territoire. Pourtant, cette forêt que l'homme abat reste une ressource nourricière vitale, source de matières premières et réserve énergétique indispensables aux activités quotidiennes et à un artisanat en essor. S'impose alors à l'homme confronté aux conflits d'intérêt liés à l'usage de la forêt, la nécessité de résoudre ce paradoxe qui consiste à devoir à la fois exploiter et détruire. Les mesures restrictives et les réglementations qui s'instaurent révèlent une prise de conscience relative face aux dangers qui menacent un équilibre écologique fragile, et au nouvel impératif de protection. Cette réalité présage des conflits et des problèmes ultérieurs dont l'homme contemporain est encore à chercher les solutions

Cette thèse porte sur l’impact du type de sol sur le fonctionnement biogéochimique d’un écosystème forestier typique d’Europe centrale et occidentale. Pour cette étude, un dispositif expérimental a été mis en place par l’INRA et l’ANDRA au sein d’une hêtraie (Fagus sylvatica) dans la forêt de Montiers-sur-Saulx (Meuse, France) afin de suivre les cycles biogéochimiques entre les différents compartiments de l’écosystème (l’atmosphère, la canopée, la litière et le sol). L’intérêt particulier du site expérimental de Montiers vient du contraste important entre les types de sols pour un même peuplement : rendisol, calci-brunisol et alocrisol/brunisol. Pour la première fois, les stocks et les flux de l’eau et des éléments ont été mesurés et comparés in situ et sur le long terme (entre janvier 2012 et décembre 2015) sur des sols forestiers différents, toutes les autres conditions du site égales par ailleurs (climat, apports atmosphériques, âge et structure du peuplement). Les stocks totaux et échangeables dans le sol et les stocks dans les différents compartiments de la biomasse végétale (branches, tronc, racines grosses et fines) ont été déterminés par le biais d’analyses chimiques et de modélisations. Les flux élémentaires ont été calculés à partir des prélèvements mensuels des solutions de l’écosystème (dépôt atmosphérique, pluviolessivat, écoulement de tronc, solutions libres et liées du sol) et des chutes de litière. Le modèle hydrique BILJOU© a été utilisé pour estimer les composantes du bilan hydrique de l’écosystème. Les résultats montrent que la réserve utile du sol, les stocks des éléments dans le sol, les compositions chimiques des solutions du sol, la stratégie de colonisation racinaire et la production de biomasse pérenne diffèrent fortement en fonction du type de sol. Contrairement à ce que l’on pouvait supposer compte tenu des différences marquées entre les signatures chimiques des solutions des trois sols, les compositions foliaires du peuplement et les flux des éléments hors sol en solution (échange de la canopée, apport au sol) et sous forme solide (chute de litière) ne diffèrent pas ou peu entre les trois stations expérimentales pour la majorité des éléments. La part biologique des cycles minéraux est globalement prédominante et le renouvellement des racines fines représente un flux de recyclage généralement supérieur à la chute de litière aérienne. Nous montrons également que la quantité d’eau transpirée par la canopée, directement liée à la taille de la réserve utile du sol, est le facteur de contrôle principal de la productivité du peuplement à l’échelle annuelle. Des processus d’adaptation du peuplement aux conditions physico-chimiques du sol semblent réduire, voire compenser entièrement, les facteurs secondaires de contrôle de la productivité du peuplement (notamment la disponibilité des nutriments dans le sol). Ainsi un enjeu significatif pour les gestionnaires forestiers pourrait être l’adaptation des pratiques sylvicoles à des parcelles de gestion davantage basées sur les propriétés physiques des sols, et en particulier les profondeurs d’apparition de la roche-mère et de colonisation racinaire / This thesis deals with the impact of soil type on the biogeochemical functioning of a typical forest ecosystem of Central and Western Europe. For this study, a strongly instrumented experimental site was implemented in a beech stand (Fagus sylvatica) within the state forest of Montiers-sur-Saulx (Meuse, France), in order to monitor the biogeochemical cycling between the different compartments of the ecosystem (the atmosphere, the canopy, the forest floor and the soil). The particular value of the Montiers experimental site resides in the strong contrast between soil types under the same beech stand: Rendzic Leptosol, Eutric Cambisol and Dystric Cambisol. For the first time, stocks and fluxes of water and elements were measured and compared in situ and over the long term (from January 2012 to December 2015) on different forest soil types, all other site conditions being equal (climate, atmospheric inputs, stand age and structure). Total and exchangeable pools in the soil and stocks in the different compartments of the vegetation (branches, trunk, fine and coarse roots) were determined via chemical analysis and modelisation. Fluxes of elements were calculated from monthly sampling of the ecosystem’s solutions (atmospheric deposition, throughfall, stemflow, gravitational and bound soil solutions) and of litter fall. The water balance model BILJOU© was used to estimate the different components of the water budget. The results show that the soil water holding capacity, the stocks of elements in the soil, the chemical composition of soil solutions, the rooting strategy and the perennial biomass production differ strongly between soil types. Contrary to what might have been expected in regard to the marked differences between the chemical signatures of the soils solutions in the three soils, the foliar elemental composition of the beech stand and the aboveground fluxes of elements in solution (canopy exchange, stand deposition) and in solid state (litter fall) do not differ significantly between the three experimental stations for the majority of the studied elements. The biological part of the mineral cycles is overall predominant and the recycling through fine roots turnover is generally higher than litter fall. We also show that the quantity of water transpired by the forest canopy, directly linked to the soil water holding capacity, is the primary control factor of the annual stand productivity. Stand adaptation mechanisms to physico-chemical soil properties seemed to reduce, or even entirely compensate for, secondary factors controlling the stand productivity (in particular nutrient availability in the soil). Thus a significant issue for forest managers might be to further adapt forestry practices to management units based on soil physical properties, especially depth to the bedrock and rooting depth

Les écosystèmes forestiers d’Afrique centrale en général, et ceux du Cameroun en particulier, sont très riches en ressources naturelles. Ils offrent de nombreuses opportunités aux populations pour leurs moyens de subsistance. Cependant, face à la mise en place du processus de développement socio-économique, ce milieu est confronté à de nombreuses menaces, notamment, la déforestation, la dégradation, le braconnage, la pollution, la surexploitation des ressources biotiques et abiotiques, etc. Le législateur camerounais, sous l’impulsion de l’action de la coopération internationale, a adopté plusieurs instruments juridiques internationaux et nationaux prévoyant des mesures de protection des écosystèmes forestiers durant la réalisation des projets de développement socio-économique. Toutefois, l'analyse minutieuse du dispositif normatif et institutionnel mis en place au Cameroun, montre que les mécanismes juridiques de protection des écosystèmes forestiers durant la réalisation des projets de développement socio-économique, quoique pluriels, restent ineffectifs et inefficaces. Beaucoup d’efforts restent encore à fournir sur certains aspects qualitatifs de la législation. L’application des mécanismes juridiques existants ne favorise pas l’atteinte des objectifs d’une protection efficace et efficiente des écosystèmes forestiers. Les problèmes liés aux ressources humaines et financières, de gouvernance forestière, d’incoordination institutionnelle, d’analphabétisme écologique, de la pauvreté généralisée des populations, de conflit entre la tradition et la modernité ont pour conséquence de relativiser l’effectivité et l’efficacité de la protection des espaces forestiers au Cameroun. Pour relever ce défi, il faut nécessairement mettre en œuvre de nombreuses actions, dont les plus pertinentes sont la reformulation du cadre législatif, l’amélioration du système de gouvernance et l’élaboration d’une convention internationale sur les forêts. / The forest ecosystems of Central Africa in general and those of Cameroon in particular, are very rich in natural resources. They offer many opportunities for people in terms of livelihoods. However, faced with the implementation of the process of socio-economic development, this environment is confronted with many threats including deforestation, degradation, poaching, pollution, overexploitation of biotic and abiotic resources, etc. The Cameroonian legislator, spurred by the action of international cooperation, has adopted several international legal instruments and has legislated on measures to protect forest ecosystems during the implementation of socio-economic development projects. However, a careful analysis of the normative and institutional framework put in place in Cameroon shows that the legal mechanisms for protecting forest ecosystems during the implementation of socio-economic development projects, although plural, remain ineffective and inefficient. There is still much work to be done on some aspects of legislation and enforcement of existing legal mechanisms to ensure that forest ecosystem protection objectives are effective and efficient. The problems of human and financial resources, forest governance, institutional incoordination, ecological illiteracy, widespread poverty of the people, conflict between tradition and modernity have the effect of putting into perspective the effectiveness and efficiency of the protection of forest ecosystems in Cameroon. Meeting this challenge requires the implementation of several actions, the most salient of which are the reformulation of the legislative framework, the improvement of governance and the elaboration of an international convention on forests.

Le 36Cl est utilisé dans les études hydrologiques en raison de son caractère conservatif. Il apparaît cependant que le Cl- participe à un cycle biogéochimique complexe associé au turnover de la matière organique. Le flux de 36Cl atmosphérique a été déterminé (suivi mensuel des eaux de pluie sur deux ans) et varie saisonnièrement avec des valeurs accrues au printemps - été. L'importance de la période d'échantillonnage a été mise en évidence indiquant qu'une période de 6 mois est recommandée afin de lisser les variations saisonnières et les pics sporadiques du flux de 36Cl. Le flux atmosphérique moyen du 36Cl à notre site, constituant le flux d'entrée majoritaire dans son cycle biogéochimique, est de (75±6) atoms.m-2.s-1.La distribution du Cl et du 36Cl a été étudiée dans l’écosystème forestier grâce au développement des protocoles adéquats. 72% du Cl et 80% du 36Cl sont présents sous forme organique dans le sol alors qu'ils sont principalement sous forme inorganique dans la végétation. Les rapports mesurés dans la végétation (~ 200 x 10-15 at.at-1) sont similaires à ceux provenant des apports atmosphériques (~ 180 x 10-15 at.at-1) et ceux mesurés dans le sol sont un ordre de grandeur supérieur. Ces derniers augmentent significativement à 5-15 cm dans la fraction organique du profil de sol alors que dans la fraction inorganique une faible augmentation apparaît à 15-30 cm. Nous attribuons ces observations au recyclage du 36Cl du pic nucléaire des années 1950-1960. Ces résultats indiquent que la distribution du 36Cl diffère de celle du Cl suggérant des processus dynamiques d’immobilisation et de remobilisation du 36Cl liés au renouvellement de la matière organique. / 36Cl is widely used in hydrological studies since it is considered as a conservative tracer. However it appears that Cl- participates in a complex biogeochemical cycle linked to the organic matter turnover. The 36Cl atmospheric fallout rate has been determined (monthly record of rainwater samples during two years) and varies seasonally with higher values during spring – summer. The sampling period should at least span 6 months to avoid any biais in the fallout rate determination due to the monthly variations or any sporadic bursts of 36Cl. The mean 36Cl fallout rate at our site, corresponding to the main input of its biogeochemical cycle, equals (75±6) atoms.m-2.s-1. The distribution of Cl and 36Cl has been studied into the ecosystem thanks to the development of appropriate protocols.72% of the Cl and 80% of the 36Cl are contained in the organic fraction in soil while they are mainly in inorganic form in the vegetation. 36Cl/Cl measured in vegetation (~200 x 10-15 at.at-1) are within the range of the ones measured in the rainwater samples (~180 x 10-15 at.at-1), while the 36Cl/Cl ratios are 10 times higher in soil. 36Cl/Cl in soil increase significantly at a depth of 5-15 cm in the organic fraction while a slight increase is observed in the inorganic fraction at 15-30 cm deep. This suggests that 36Cl originating from the massive input of 36Cl introduced in the atmosphere more than 50 years as a consequence of nuclear tests, might still be recycling.These results emphasize that the distribution of 36Cl and Cl are not similar suggesting a possible occurrence of dynamic processes of 36Cl accumulation and release associated with the turnover of the organic matter.

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