Deux écosystèmes forestiers lorrains (Clermont-en-Argonne CA et Azerailles AZ) développés sur des sols polycycliques ont un fonctionnement complexe du fait de la présence de deux matériaux différents au sein du profil de sol conduisant à une rupture texturale brutale. Ces sols possèdent de plus des stocks de calcium (Ca) et Magnésium (Mg) échangeables faibles dans la couche de limon de surface (pauvreté plus importante à CA qu’à AZ) et très grands dans l’argile profonde (égalité entre le sites). La différence de fertilité de surface entre les sites, peut s’expliquer en partie par une agrégation meilleure à AZ qu’à CA (où les agrégats dominants sont pauvres en matières organiques et argiles). Le sol de CA retient moins bien le Ca et le Mg que celui d’AZ, malgré des apports atmosphériques plus importants et une minéralisation rapide des litières. La richesse des horizons profonds en Ca et Mg échangeables sur les deux sites ne peut s’expliquer par les entrées classiques seules (dépôts atmosphériques et altération des minéraux). L’utilisation du traçage isotopique naturel de Sr, Ca et Mg, a permis sur ces deux sites, la mise en évidence du rôle de la nappe souterraine qui permet la recharge régulière de la CEC des horizons profonds du sol par simple échange d’ion en période hivernale. Les arbres ont mis en place une stratégie de prélèvement dans les horizons profonds pour pallier la pauvreté relative de leur surface. Cependant, les conséquences d’une fertilité limitée en Mg dans les horizons de surface, se traduit par une translocation interne significative de Mg avant la sénescence à CA. / Two forest ecosystems in Lorraine, France (Clermont-en-Argonne CA and Azerailles AZ) developed on polycyclic soils have a complex functioning due to the presence of two different materials within the soil profile, leading to an abrupt disruption in soil texture. Indeed, they have low exchangeable Ca and Mg stocks in the silty soil upper layers (with a greater poverty in CA than in AZ), and very large stocks in deep clayey layers. These differences in upper soil fertility between the studied sites can be partly explained by a weaker aggregation in CA than in AZ (with aggregates poor in organic matter and clays). The CA soil then holds less nutrients than AZ one, despite higher atmospheric inputs and more rapid mineralization of litter. The richness of the deep soil layers in both sites, cannot be explained by the two conventional inputs i.e. atmospheric deposition and mineral weathering, A third un-expected source was identify using Sr, Ca and Mg isotopes, i.e. a mineralized groundwater table, which allows the CEC recharging of the deep clay layers by simple ion exchange when its invades the subsoil during the winter period. Trees have developed an uptake strategy into these Ca and Mg rich clay layer, to overcome the relative poverty of the upper soil layers. However the consequence of the Mg limititation of the soil upper layers in CA is visible through the increase in the internal Mg-translocation before leaf senescence.

De nombreux écosystèmes forestiers français sont développés sur des sols acides et pauvres en éléments nutritifs. Dans de nombreux contextes, la fertilité minérale de ces sols forestiers se dégrade lentement, en lien notamment avec des pressions extérieures passées ou actuelles (e.g. diminution des apports atmosphériques de nutriments, augmentation des exportations de biomasse). Ce constat préoccupe la communauté forestière et des solutions de restauration/remédiation sont souvent envisagées. L’amendement avec un produit carbonaté est une pratique connue pour réduire l'acidité du sol, améliorer le fonctionnement global de l'écosystème et compenser les pertes de nutriments causées par la récolte de biomasse. Cependant, les effets de l’amendement sur les processus et le cycle biogéochimique du calcium et magnésium dans les écosystèmes forestiers sont peu connus à ce jour. Cette étude se focalise sur le devenir du magnésium et du calcium provenant de la dissolution des produits d’amendement dans cinq hêtraies situées dans le nord de la France sur une période allant jusqu’à 45 ans après l’apport. Pour cela, les approches élémentaires « conventionnelles » ont été combinées avec une approche multi-isotopique (26/24Mg, 44/40Ca et 87/86Sr). Les données provenant des parcelles témoins mesurées tout au long de la période d'étude suggèrent, quel que soit le site considéré, que les pools échangeables de cations nutritifs dans le sol ont diminué sur les dernières décennies et que cette tendance, associée à la faible richesse chimique du sol, se reflète dans la nutrition foliaire (Ca, Mg, K, P). En comparaison des placettes témoins, les pools échangeables de Mg et de Ca dans l’horizon 0-40 cm du sol ont augmenté dans les placettes amendées durant la première décennie après l’amendement, mais les différences s’estompent après 20 à 30 ans. Cependant, l'effet de l’amendement sur la nutrition des arbres est encore observé 40 ans après l’apport, très probablement parce que le cycle biologique de ces éléments a été dynamisé par l’amendement. La réponse des écosystèmes à l’amendement varie d'un site à l'autre, en fonction de la nature du produit (CaCO3 ou Ca-MgCO3) et du niveau de richesse chimique initial du sol, les sites les plus pauvres chimiquement enregistrant les réponses les plus marquées. Les variations naturelles des rapports isotopiques du Mg, Ca et Sr, en complément des approches conventionnelles, mettent en évidence l’importance de la composante Bio des cycles biogéochimiques du Ca et Mg dans ces hêtraies à faible fertilité minérale. Ces outils isotopiques ont également permis de démontrer l'incorporation durable de Ca et Mg issus des produits d’amendement dans leur cycle biologique respectif et de mettre en évidence des modifications de fonctionnement biogéochimique des écosystèmes suite à l’amendement / In France, many forest ecosystems grow on acidic and nutrient poor soils. In numerous cases, the chemical fertility of forest soils is slowly degrading due to increasing external pressures (e.g. decreasing atmospheric inputs, increasing biomass exportations) and is a growing concern in the international forest community. Forest management often must resort to restauration/remediation practices to ensure the sustainability of the ecosystem. Forest liming with a carbonate product is a known practice to reduce soil acidity, globally improve the ecosystem functioning and compensate nutrient losses caused by biomass harvest and exportation. However, our understanding of the effects of liming on magnesium and calcium biogeochemical processes and cycling in forest ecosystems is still incomplete. This study focuses on the fate of magnesium and calcium originating from the dissolution of liming products in the soils and trees of five beech forests located in Northern France over a period up to 45 years. In order to do so, “conventional” total-element approaches were combined with a multi-isotopic approach (26/24Mg, 44/40Ca et 87/86Sr). At all five sites, the data measured in control plots throughout the study period suggest that the exchangeable pools of nutrient cations in the soil has decreased over the last several decades and that this trend, together with the low chemical fertility level of the soil, was reflected in foliar nutrition (Ca, Mg, K, P). Compared to the control plots, soil exchangeable pools of Mg and Ca in the 0-40cm layer in the limed plots increased during the first decade after liming but differences were no longer observable in soil pools after 20 to 30 years. However, the effect of liming on tree nutrition was still observed after 40 years, most probably because the biological cycling of these elements was enhanced by the lime input. The ecosystem response to the lime input varied between sites depending on the nature of the liming product (CaCO3 or Ca-MgCO3) and the initial chemical fertility level of the soil, the poorest sites showing the strongest responses. The natural variations of Mg, Ca and Sr isotopic ratios combined with conventional approaches highlight the importance of the BIO component of the biogeochemical cycling of Mg and Ca in the studied low chemical fertility beech forests. These isotopic tools also enabled to show the long-lasting incorporation of the Mg and Ca released from the liming product in the biological cycle and highlight the changes in the biogeochemical functioning of these forest ecosystems after the liming operation

Cette thèse se propose d'évaluer comment peut-on gérer durablement l'espace montagnard, de telle manière qu'on puisse assurer les impératives de protection et de conservation des éléments naturels par rapport aux besoins d'utilisation de cet espace par la population locale. Les deux études de cas de notre recherche ont un statut spécial dans cette problématique : il s'agit de deux réserves naturelles situées en zone montagnarde, les réserves naturelles L'épicéa de résonance de Lăpuşna (Carpates roumaines) et Les Hauts de Chartreuse (Alpes Françaises). Le point commun de ces deux réserves naturelles est le rôle primordial des écosystèmes forestiers : la réserve roumaine est un écosystème forestier d'intérêt européen et dans la réserve naturelle française, 45% de la surface totale est boisée avec des peuplements d'intérêt européen. Pour étudier ces réserves naturelles dans le cadre des territoires où elles sont inscrites nous avons utilisé deux méthodes : la première est celle du calcul de l'empreinte écologique pour évaluer si la demande en ressources de la population locale constitue une menace pour la biocapacité dont disposent les réserves naturelles étudiées et la deuxième consiste dans l'étude de l'accessibilité dans ces deux réserves naturelles en temps que principal facteur dont dépend le flux de visiteurs. La valeur de l'empreinte écologique des populations qui habitent à proximité de ces réserves naturelles rend visible la valeur de la pression humaine vers les ressources qui existent dans les réserves naturelles, car la consommation de ces populations peut dépasser la biocapacité qu'elles ont a leur disposition.

Cette étude se propose d’explorer les potentialités des données de télédétection optique et radar libre d’accès pour l’évaluation et le suivi des écosystèmes forestiers tropicaux, secs ou humides. Différents sites tests situés dans ces écosystèmes forestiers tropicaux, ont été sélectionnés. Il s’agit : du parc national des Virunga en République Démocratique du Congo (RDC), de la réserve de biosphère de l’Oti-Keran-Mandourie (OKM) et de la réserve de faune de Togodo (RFT) au Togo, de la zone située autour du pont faisant la liaison entre la ville de Saint-Georges de l’Oyapock et la plaine du littorale de Kourou en Guyane française et de la province de la Monté Cristi en république Dominicaine. Différentes données ont été utilisés lors de cette étude : pour les images radar, des séries temporelles Sentinel-1, des mosaïques Alos-2 et, pour les images optiques, Sentinel-2 et Landsat-8. Des données exogènes comme les points GPS, modèles numériques de terrain et les cartes de référence. L’approche méthodologie utilisé est composée de prétraitement sur les images optiques et radar. Les approches spécifiques, variables selon le site d’étude, ont comporté : photo interprétation détaillée, la classification supervisée SVM, l’inventaire forestier et l’application des équations allométriques, une approche de détection des changements par décomposition en ondelettes, une de détection des changements automatiques par seuillage et la caractérisation de ces changements. Les principaux résultats sont les suivants : Site du PNVI : les cartes d’occupation du sol et les cartes binaires forêts, non-forêt de 1987, 1997, 2007 et 2017 sont réalisées sur le PNVI. Sur la période de 30 ans en utilisant les cartes binaires entre 1987 à 2017 le taux moyen annuel de déforestation est de 1,07%. Ce taux de déforestation élevé montre la pression croissante sur les ressources forestières dans le paysage des Virunga. Site de l’OKM et du RFT : une classification menée sur une combinaison d’images optiques et radar donne des performances légèrement meilleures que des classifications menées sur des images optiques et radar considérées séparément. Les cartes d’occupation du sol issues de ces classifications ont servis de base pour l’estimation de stocks de carbone à travers l’évaluation des ressources forestières. Sur le site de Saint-Georges de l’Oyapock, l’analyse temporelle menée à partir de décompositions en ondelettes, a permis de détecter trois grands types de changements dus à : la déforestation anthropique, les évolutions saisonnières et les évolutions agricoles. Sur le site de la province de Monté Cristi en République dominicaine, l’analyse conjointe d’images radar et optiques a permis de proposer une cartographie comportant 18 classes d’occupation du sol contrôlées sur le terrain avec une précision globale de plus de 90 %. Le suivi historique des forêts montre une régression de la couverture forestière. Parallèlement, nous observons une régression de la surface des mangroves entre 2015 et 2018.Cette étude a mis en évidence l’immense potentialité des données de télédétection optique et radar dans la caractérisation, la cartographie et le suivi des strates d’occupation des sols dans les écosystèmes tropicaux dans différentes régions du monde et en fonction des conditions saisonniers. Si chaque type de données de télédétection possède ces qualités et capacités discriminatoire, cette étude a montré que l’utilisation conjointe et combinée de deux types de données permet d’augmenté significativement la caractérisation et la discrimination des classes d’occupation des sols et ainsi augmente les chances de fiabilité des actions à mener / This study aims to explore the potential of optical remote sensing and free access radar data for the assessment and monitoring of tropical, dry or wet forest ecosystems. Different test sites located in these tropical forest ecosystems have been selected. These are: the Virunga National Park in the Democratic Republic of Congo (DRC), the Oti-Keran-Mandourie Biosphere Reserve (OKM) and Togodo Wildlife Reserve (RFT) in Togo, the area around the bridge linking the city of Saint-Georges de l'Oyapock and the plain of the Kourou coast in French Guiana and the province of Monté Cristi in the Dominican Republic. Different data were used in this study: for radar images, Sentinel-1 time series, Alos-2 mosaics and, for optical images, Sentinel-2 and Landsat-8. Exogenous data such as GPS points, digital terrain models and reference maps. The methodology approach used consists of pretreatment on optical and radar images. Specific approaches, varying by study site, included: photo detailed interpretation, supervised SVM classification, forest inventory and application of allometric equations, a wavelet decomposition detection approach, a detection approach automatic changes by thresholding and the characterization of these changes. The main results are:PNVI site: land cover maps and forest, non-forest binary maps of 1987, 1997, 2007 and 2017 are produced on the PNVI. Over the 30-year period using the binary maps between 1987 and 2017 the average annual rate of deforestation is 1.07%. This high deforestation rate shows the increasing pressure on forest resources in the Virunga landscape. OKM and RFT site: a classification carried out on a combination of optical and radar images gives slightly better performances than classifications carried out on optical and radar images considered separately. The land cover maps from these classifications were used as a basis for estimating carbon stocks through forest resource assessment. At the Saint-Georges de l'Oyapock site, temporal analysis using wavelet decompositions revealed three main types of changes due to anthropogenic deforestation, seasonal changes and agricultural changes. On the site of the Monté Cristi province in the Dominican Republic, the joint analysis of radar and optical images made it possible to propose a cartography comprising 18 field-controlled land cover classes with an overall accuracy of more than 90%. Historical forest monitoring shows a decline in forest cover. At the same time, we observe a regression of the surface of mangroves between 2015 and 2018.This study has highlighted the immense potential of optical and radar remote sensing data in the characterization, mapping and monitoring of land use layers in tropical ecosystems in different regions of the world and according to seasonal conditions. While each type of remote sensing data has these discriminatory qualities and capabilities, this study has shown that the joint and combined use of two types of data significantly increases the characterization and discrimination of land-use classes and thus increases the chances of reliability of the actions to be carried out

Au cours des deux dernières décennies, les constats d'échecs de nombreuses politi- ques centralisées en matière de gestion des ressources naturelles, associés à la montée en puissance des doctrines de gestion locale "!traditionnelle!" ont conduit de nombreux pays à réorienter leurs modes d'intervention publique pour chercher à s'appuyer sur les communautés rurales dans la mise en place de nouvelles formes de gestion. C'est le cas du Maroc dans le domaine forestier. Les mots d'ordre se succèdent, mais peu de travaux ont cherché à analyser de manière symétrique, les modes de gestion coutumière/communautaire et les pratiques de l'administration forestière, et leurs interrelations. S'éloignant d'une perspective néo- institutionnaliste, la thèse présentée ici puise dans l'analyse stratégique de la gestion envi- ronnementale et la théorie de l'acteur-réseau pour construire une démarche de recherche originale. Celle-ci fixe, d'une part, comme référent externe à l'analyse l'état des écosys- tèmes sur lesquels la gestion agit!; elle s'attache, de l'autre, à mettre en évidence les mé- diateurs qui relient les différents sites dans lesquels la gestion des ressources forestières est négociée et mise en œuvre. Sur la base d'un important travail empirique, la thèse montre comment l'administration forestière marocaine a réinterprété de manière sélective les injonctions à la participation et à la gestion communautaire portées au niveau international, en cher- chant à renouveler son rapport aux populations rurales. Après avoir longtemps considé- ré ces populations comme incapables de gérer rationnellement les ressources forestières, l'administration cherche aujourd'hui à les regrouper au sein d'associations afin de négo- cier avec elles des restrictions d'accès et d'usage des ressources contre des opérations de développement. Ces associations sont supposées se fondre dans les anciennes tribus, dans l'objectif de moderniser des institutions coutumières tout en s'appuyant sur leur légitimité en matière de gestion des ressources naturelles. La thèse montre cependant qu'associations et tribus sont deux formes de collectifs différentes qui coexistent la plupart du temps, et que les premières ne peuvent être considérées comme des formes de modernisation des se- condes. Les négociations conduites entre l'administration forestière et les populations rurales, via la constitution de ces associations, donnent naissance à deux espaces de négociation disjoints!: tandis que les représentants des associations négocient avec les responsables administratifs de nouvelles modalités d'accès aux ressources forestières et aux actions de développement, la plupart des cultivateurs et éleveurs continuent à exploiter la forêt sans grands changements, notamment via des arrangements informels avec les agents de terrain de l'administration forestière. Dans un contexte où l'action de l'administration forestière, affaiblie en termes de moyens et de légitimité, n'a que des conséquences limitées sur la gestion concrète des ressources forestières, les possibilités d'améliorer l'état de certains écosystèmes forestiers ayant fortement régressé apparaissent ainsi ténues.

Dans les écosystèmes forestiers pauvres en nutriments, les minéraux du sol constituent la principale source de nutriments inorganiques nécessaires à leur bon fonctionnement. Néanmoins ces nutriments ne sont pas directement accessibles aux racines des arbres. C'est l'action conjointe de facteurs abiotiques, comme le pH ou la circulation de l'eau, et biotiques comme les racines ou les microorganismes du sol dont les bactéries, qui vont conduire à l'altération de ces minéraux. A ce jour, nos connaissances sur les communautés bactériennes impliquées dans le processus d'altération et leur distribution dans des sols forestiers restent limitées, notamment à des habitats tels que la rhizosphère et la mycorhizosphère. Les objectifs de cette thèse étaient de caractériser les communautés bactériennes colonisant les minéraux du sol et leur aptitude à altérer les minéraux et enfin d'identifier les gènes bactériens impliqués. La combinaison d'approches cultivable, non cultivable et de biogéochimie sur des minéraux enterrés pendant 4 ans dans un sol forestier, a démontré que leur surface était colonisée par des communautés bactériennes spécifiques, capables d'altérer les minéraux et présentant des capacités métaboliques limitées, suggérant que ce support pourrait être considéré comme un habitat : la minéralosphère. La relation minéral/bactéries a été testée in situ via un amendement minéral sur une plantation et a mis en évidence l'impact de la disponibilité en nutriments sur la structuration des communautés bactériennes capables d'altérer les minéraux. L'étude génétique réalisée sur la souche modèle PML1(12) a révélé l'implication de plusieurs mécanismes dans la fonction altération / In nutrient-poor forest ecosystems, minerals are the main source of inorganic nutrients for the long lasting functioning of the forests. However, these nutrients are not directly accessible to the tree roots. It is the joined action of abiotic factors, such as pH and water circulation, and biotic factors such as tree roots and soil microorganisms, and notably bacteria, which leads to the solubilisation of these minerals. To date, our knowledge of the bacterial communities involved in the mineral weathering process and their distribution in forest soils is very limited and remains restricted to habitats such as the rhizosphere and mycorrhizosphere. The goals of this PhD thesis were to characterise the mineral associated bacterial communities, their ability to weather minerals and finally to identify the bacterial genes involved in the mineral weathering process. The combination of geochemical, cultivation-dependent and -independent approaches applied on minerals grounded in a forest soil during 4 years, revealed that the mineral associated bacterial communities were specific, able to weather minerals and had restricted metabolic abilities. These results suggest that minerals could be considered as a true ecological habitat: the mineralosphere. The mineral/bacteria relationship was tested in situ through a mineral amendment applied on a small-scale plantation, which has highlighted that the nutrient availability impacted the functional structure of the mineral weathering bacterial communities. At least, random mutagenesis applied on a model mineral weathering bacterial strain revealed that its mineral weathering ability resulted from several molecular mechanisms

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