Face à l’épuisement du pétrole, l’Europe s’oriente vers la production de bioéthanol 2ème génération à partir de biomasse végétale. L’espèce Miscanthus x giganteus est prometteuse de par son fort rendement et ses faibles impacts environnementaux. Cependant, sa diversité génétique est faible et sa composition de biomasse pas forcément optimale pour produire du bioéthanol 2ème génération. Cette thèse explore donc différentes espèces de Miscanthus pour définir des idéotypes et des pistes en sélection afin d’améliorer le miscanthus pour ce débouché. Trois approches ont été menées : une étude bibliographique, une étude expérimentale au champ et des tests en pilote industriel. L’étude bibliographique montre une forte variabilité environnementale et génotypique pour les caractères associés à la production et à la composition de biomasse. L’analyse des données expérimentales révèle des caractères antagonistes : une forte production de biomasse est associée à de fortes teneurs en cellulose et lignines, mais à de faibles teneurs en hémicelluloses, solubles et cendres. De fortes teneurs en lignines contribuent également à réduire l’efficacité de la transformation de la biomasse en bioéthanol 2ème génération. Enfin, des outils de phénotypage ont été définis : la hauteur de végétation et le volume aérien de la plante permettent de prédire la production de biomasse des stades adultes à partir des stades jeunes. La spectroscopie proche infra-rouge permet aussi de prédire la composition de la biomasse. Ce travail contribue à la définition d’idéotypes de miscanthus pour une valorisation en bioéthanol 2ème génération en proposant des critères, des outils et des perspectives en sélection. / In front of the depletion of oil resources, Europe is moving towards the 2nd-generation bioethanol production from plant biomass. The Miscanthus x giganteus species is promising due to its high biomass production and its low environmental impacts. However, the genetic diversity of this species is low and its biomass composition is not necessary optimal for the 2nd-generation bioethanol production. This thesis therefore aims to explore several Miscanthus species in order to define ideotypes and to propose guidelines to target miscanthus breeding for 2nd-generation bioethanol production. It was based on three approaches: a literature review, an experimental field study, and tests in pilot at industrial scale. The review of literature showed a strong environmental and genotypic variability for traits related to biomass production and composition. Moreover, the experimental data analysis showed antagonisms between the traits of interest: a high biomass production was associated with high cellulose and lignin contents, but low hemicellulose, soluble, and ash contents. High biomass lignin content also reduced the efficiency of the biomass conversion to 2nd-generation bioethanol. Lastly, breeding tools were defined: canopy height and aboveground plant volume enabled to predict the biomass production of mature crops from early stages. The near infrared spectroscopy also provided accurate prediction of the miscanthus biomass composition. This contributes to the definition of miscanthus ideotypes for 2nd-generation bioethanol production by providing selection criteria, breeding tools, and breeding prospects.

Le climat, la qualité de l’air et la sécurité énergétique ont changé la façon de produire l’énergie, accroissant la demande en cultures énergétiques comme M. x giganteus. Néanmoins, élargir la diversité de cette espèce est nécessaire afin de couvrir une large gamme de pédo-climats. L’objectif est donc de définir des caractères d’intérêt pour mener à bien une collecte de miscanthus en Chine, un des pays où cette plante est originaire. 44 clones sauvages de trois espèces de Miscanthus (M. sinensis, M. sacchariflous, M. floridulus) ont été collectés dans différentes régions Centre, Sud et Ouest de la Chine et multipliés à Linan dans la province chinoise de Zhejiang. En France, nous avons étudié 21 clones implantés à l’INRA d’Estrées-Mons appartenant à 3 espèces (M. x giganteus, M. sinensis and M. sacchariflorus). La thèse comporte cinq chapitres. 1) La bibliographie décrit le miscanthus au niveau de sa taxonomie, de son origine géographique, de son aptitude à produire de la biomasse et de sa résistance à différents stress. 2) Les caractères les plus importants ont été identifiés pour reconnaître les espèces. 3) Nous avons découvert que les M. x giganteus ont un génome maternel commun à des M. sacchariflorus chinois. 4) Parmi les clones sauvages Chinois, M. floridulus présente le plus d’intérêt pour produire de la biomasse. 5) Enfin, nous avons mis en évidence les facteurs physiologiques et biochimiques expliquant l’effet de la disponibilité en azote sur la photosynthèse sur 3 espèces. Ainsi, la plupart des caractères qui ont été mis en évidence au sein de cette thèse vont être utiles pour la collecte de matériel végétal et les programmes de sélection du miscanthus. / Climate, air quality and energy security have recently changed the way energy is supplied and increases the demand for bioenergy crops such as M. x giganteus. However, this species needs to enlarge its diversity to fit different growth conditions. The objective is therefore to identify traits of interest to drive the collecting of miscanthus in China, one of the countries where this plant comes from. 44 wild clones of three species of Miscanthus (M. sinensis, M. sacchariflous, and M. floridulus) were collected from the different regions of central-south-east in China and were propagated in Linan of Zhejiang province of China. In France, we studied 21 clones of three species (M. x giganteus, M. sinensis and M. sacchariflorus) which were established at INRA experimental unit in Estrées-Mons. The thesis is composed of five chapters. 1) The bibliography described miscanthus on the base of its taxonomy, geographical origin, biomass production ability and resistance to different stresses. 2) The most important traits were identified for the recognition of the species. 3) We discovered that the clones of M. x giganteus had maternal genome identical to wild relatives of some of the wild M. saccahariflorus. 4) Among the wild Chinese clones, M. floridulus was the most interesting for biomass production. 5). Finally, we highlighted the physiological and biochemical factors under the influence of nitrogen supply on the photosynthesis of miscanthus. Finally, we concluded that most of the traits we highlighted here will be helpful for future germplasm collection and breeding program of miscanthus.