Le chêne sessile (Quercus petraea) est une essence majeure de la sylviculture française. Sa ramification, phénomène de mise en place des rameaux, a pour origine unique les bourgeons proventifs axillaires mis en place lors de l'élongation des pousses annuelles (PA). On distingue la ramification séquentielle (les branches séquentielles) et la ramification épicormique. L'ontogénèse des épicormiques, c'est-à-dire le passage d'un bourgeon épicormique à un rameau épicormique plus complexe tel qu'un gourmand, picot ou broussin est encore peu connue. Les rameaux laissent dans le bois des marques, les traces raméales, qui peuvent fortement déprécier la qualité du bois. Etudier l'ontogénèse des rameaux épicormiques du chêne passe par un suivi longitudinal ou une analyse rétrospective des PA, ou par une dissection de l'arbre et une observation des traces raméales. Pour s'affranchir de ces méthodologies fastidieuses nous avons utilisé la tomographie à rayons X qui permet une étude exhaustive de toutes les traces raméales d'un billon, de leur ontogénèse ainsi que la reconstruction du billon en 3D. Les études menées au cours de cette thèse ont permis de mettre en évidence un important effet de l'arbre qui confère à chacun d'entre eux sa propre capacité à mettre en place et maintenir des épicormiques. Plus un arbre présente d'épicormiques dans son jeune âge, plus il en présentera quelques années plus tard. Cette tendance est modulée par la sylviculture actuelle, comme le maintien d'une végétation d'accompagnement qui joue sur les réserves en eau et carbohydrates de l'arbre, et la sylviculture passée, notamment les éclaircies fortes ayant favorisé les émissions de gourmands. Cependant la sélection précoce des arbres objectifs présentant le moins de formations épicormiques est une recommandation sylvicole de première importance dans le but de produire davantage de bois d'œuvre de la meilleure qualité possible. Une stratégie d'intégration de ces résultats dans le simulateur de croissance Fagacée est proposée. / Sessile oak (Quercus petraea) is a major tree species of the French forestry. Its branching, i.e. the phenomenon of twigs implementation, has a unique origin: the proventitious axillary buds set during the annual shoot (AS) elongation. We distinguish the sequential branching and the epicormic branching. Epicormic ontogeny, i.e. transition from a bud to a more complex epicormic twig as an epicormic shoot, a picot or a burl is still little known. The mark left by these twigs in the wood, the rameal trace, can depreciate its commercial value. The study of the epicormic twigs ontogeny is possible with a longitudinal follow-up or a retrospective analysis of an AS, or a dissection of the tree and an observation of the rameal traces. To free ourselves from these tedious methodologies, we used RX computed tomography which allows an exhaustive survey of all the rameal traces of a log, their ontogeny as well as the 3D reconstruction of the log. This PhD allowed to show the important effect of the tree which confers on each one its capacity to set up and maintain epicormics. The more numerous the epicormics were at young stage, the more numerous the epicormics are several years later. This trend is modulated by the actual forest operations, as the maintaining of an accompanying vegetation which play on water and carbohydrates reserve; and by past forest operation as epicormic shoot emission favoured by strong thinning. Nevertheless, the early selection of the crop trees with the few epicormic formations is a silvicultural advice of first importance in order to produce more timber wood of the best quality. A strategy of inclusion of these results in the growth simulator “Fagacées” is proposed.

Le chêne sessile et le hêtre sont deux espèces feuillues décidues tempérées, caractérisées par des phénologies foliaires et cambiales contrastées. Afin de progresser dans la compréhension de la gestion des réserves qui sont des composantes importantes des cycles internes du carbone et de l'azote, nous avons étudié la dynamique saisonnière des réserves carbonées (C) et azotées (N) chez des arbres adultes des deux espèces dans leur environnement naturel. Afin de répondre à nos objectifs, nous avons développé une approche pluridisciplinaire associant écophysiologie, biochimie et isotopie. Le suivi mensuel des variations saisonnières des réserves C et N dans le tronc a révélé chez le chêne une forte remobilisation de l'amidon à partir des cernes les plus récents au printemps pour fournir le carbone nécessaire pour la croissance du bois initial du nouveau cerne qui est concomitante à l'expansion foliaire. Chez le hêtre, la croissance printanière ne semble pas dépendante des réserves C du tronc. Chez les deux espèces, deux polypeptides de 13 et de 26 kDa s'accumulent avec la sénescence foliaire en automne, sont très abondants en période hivernale froide et sont remobilisés avec le débourrement au printemps. Cette cinétique saisonnière leur confère un rôle dans le stockage de l'azote (protéines végétatives de réserve, VSP), mais n'exclut pas un rôle dans la tolérance au froid. Chez le chêne sessile, l'étude de la source d'azote pour la croissance des feuilles et des pousses par marquage isotopique au 15N a montré que les réserves N contribuent jusqu'à 90% de l'azote total des nouveaux organes aux premiers stades de développement. La contribution de l'azote nouvellement assimilé ne devient significative que quand le débourrement est achevé. L'étude de la répartition et des quantités des composés C et N non-structuraux à l'échelle de l'arbre a été réalisée par un échantillonnage destructif d'arbres des deux espèces en hiver (Janvier) et à l'étalement complet des feuilles (Juin). Cette étude a montré i) une distribution des concentrations entre organes dépendante de leur fonction physiologique, de l'anatomie du bois et de la distance aux organes puits, ii) l'importance du tronc et des racines dans le stockage des réserves en hiver, iii) l'importance des quantités d'azote non-structural des feuilles et des pousses malgré leur faible biomasse, iv) des quantités de C et N non-structuraux plus importants chez le chêne par rapport au hêtre, pouvant refléter des besoins contrastés pour la croissance et l'entretien des tissus en hiver / Sessile oak and beech are two deciduous temperate broadleaved species, characterized by contrasted foliar and cambial phenologies. In order to progress in our understanding of reserves management in these species, we studied the seasonal dynamics of carbon (C) and nitrogen (N) reserves in adult trees in their natural environment. For this purpose, we developed a multidisciplinary approach associating ecophysiology, biochemistry and isotopy. The monthly monitoring of seasonal variation in C and N reserves in the stem sapwood showed a strong remobilization of starch from the most recent rings of oak in the spring in order to supply the necessary C for early wood growth that is concomitant to leaf expansion in this species. For beech, spring growth seemed to be less dependant on C stored within the stem sapwood. In both species, 2 polypeptides of 13 and 26 kDa accumulated with leaf senescence in the autumn and were highly abundant during the dormant period then they were remobilized with bud burst in the spring. This seasonal variation supports their role in nitrogen storage as vegetative storage proteins (VSP) and does not exclude a role in cold hardiness too. In sessile oak, the in situ 15N labeling of soil N (newly absorbed N) during the bud burst in the spring showed that N reserves accounted for 90% of total N of the new organs (leaves and twigs) at the first stages of growth. The contribution of newly assimilated N became more important when bud burst was achieved. The distribution patterns of non-structural C and N concentrations and amounts at the tree level was realized by an exhaustive sampling of trees from both species in the winter (January) and at full leaf expansion (June). This study showed i) that the distribution of concentrations among tree organs was dependant of the physiological function, wood anatomy and proximity to sink organs, ii) the importance of stem sapwood and coarse roots in reserves storage during the winter, iii) the importance of non-structural nitrogen amounts in leaves and twigs despite their low biomass, iv) higher amounts of non-structural C and N compounds in oak compared to beech, that reflects contrasted needs for spring growth and tissue maintenance during the winter dormancy

Le chêne sessile (Quercus petraea) est une essence majeure de la sylviculture française. Sa ramification, phénomène de mise en place des rameaux, a pour origine unique les bourgeons proventifs axillaires mis en place lors de l'élongation des pousses annuelles (PA). On distingue la ramification séquentielle (les branches séquentielles) et la ramification épicormique. L'ontogénèse des épicormiques, c'est-à-dire le passage d'un bourgeon épicormique à un rameau épicormique plus complexe tel qu'un gourmand, picot ou broussin est encore peu connue. Les rameaux laissent dans le bois des marques, les traces raméales, qui peuvent fortement déprécier la qualité du bois. Etudier l'ontogénèse des rameaux épicormiques du chêne passe par un suivi longitudinal ou une analyse rétrospective des PA, ou par une dissection de l'arbre et une observation des traces raméales. Pour s'affranchir de ces méthodologies fastidieuses nous avons utilisé la tomographie à rayons X qui permet une étude exhaustive de toutes les traces raméales d'un billon, de leur ontogénèse ainsi que la reconstruction du billon en 3D. Les études menées au cours de cette thèse ont permis de mettre en évidence un important effet de l'arbre qui confère à chacun d'entre eux sa propre capacité à mettre en place et maintenir des épicormiques. Plus un arbre présente d'épicormiques dans son jeune âge, plus il en présentera quelques années plus tard. Cette tendance est modulée par la sylviculture actuelle, comme le maintien d'une végétation d'accompagnement qui joue sur les réserves en eau et carbohydrates de l'arbre, et la sylviculture passée, notamment les éclaircies fortes ayant favorisé les émissions de gourmands. Cependant la sélection précoce des arbres objectifs présentant le moins de formations épicormiques est une recommandation sylvicole de première importance dans le but de produire davantage de bois d'œuvre de la meilleure qualité possible. Une stratégie d'intégration de ces résultats dans le simulateur de croissance Fagacée est proposée.

Face à l'intérêt grandissant pour les forêts mélangées, des d'outils et des modèles adaptés à leur gestion sont nécessaires. L'objectif de cette thèse est de montrer comment la construction et la comparaison de modèles ayant différents niveaux de détail peuvent nous aider à choisir le niveau le plus approprié pour modéliser la croissance d'un peuplement mélangé dans un contexte d'application donné. A partir de données récoltées dans des peuplements mélangés chêne sessile (Quercus petraea L.) pin sylvestre (Pinus sylvestris L.), nous avons construit une famille de modèles à différents niveaux de détail : un modèle arbre indépendant des distances (MAID), un modèle arbre dépendant des distances (MADD), trois modèles peuplement et un modèle intermédiaire entre le MAID et le MADD utilisant des distributions de voisinage. Pour que la comparaison de ces modèles soit pertinente, nous avons assuré une cohérence entre les modèles en utilisant plusieurs approches. Ces modèles nous ont permis d'acquérir des connaissances sur la croissance et la dynamique de ces forêts en particulier sur les interactions spatiales et temporelles entre le chêne et le pin. Ainsi le MAID a permis de montrer qu'il peut y avoir des phénomènes de compensation de croissance entre les deux espèces. Le MADD a permis de montrer que dans ces peuplements la compétition intraspécifique est supérieure à la compétition interspécifique. Un modèle peuplement obtenu à partir du MADD a permis d'étudier l'influence du taux de mélange sur la production. Pour évaluer la qualité prédictive des modèles, nous avons utilisé un jeu de données indépendant obtenu en partageant nos données avant la construction des modèles. Nous avons ainsi montré que le MAID était plus performant que le MADD pour prédire les accroissements individuels. Les modèles ont aussi été comparés sur des exemples d'applications mettant en œuvre des simulations à court ou moyen terme. La démarche proposée présente un intérêt aussi bien pour la compréhension du phénomène étudié que pour sa modélisation dans un but prédictif. En regroupant l'ensemble des résultats acquis, ce travail nous a permis d'apprécier la pertinence d'un type de modèle en fonction du contexte d'utilisation. Cette démarche très générale pourrait être appliquée à la modélisation d'autres processus comme la mortalité ou la régénération.

Le thème de l'évolution historique de la productivité forestière est abordé pour les deux grands feuillus sociaux du territoire, hêtre commun (Fagus sylvatica L.) et chêne sessile (Quercus petraea Liebl.), conduits en futaie régulière et pure, en forêt domaniale, avec un objectif de description et quantification du phénomène à l'échelle du peuplement. L'analyse privilégie la croissance en hauteur dominante, indicateur classique de la productivité forestière. Elle repose sur la comparaison d'accroissements reconstitués de façon rétrospective (analyses de tiges) de deux générations de peuplements, associés en couples pour assurer un contrôle efficace des conditions de fertilité. L'évolution de la vitesse de croissance est estimée par une modélisation statistique des accroissements, qui prend en compte l'effet du stade de développement des peuplements et les différences de fertilité entre couples. Le diagnostic a été régionalisé, conduisant à échantillonner les hêtraies dans 2 secteurs (Normandie/Picardie et Lorraine/Alsace) et les chênaies dans 4 secteurs (Normandie, val de Loire, plaine d'Allier, Lorraine/Alsace). Une analyse complémentaire de la croissance radiale dominante (lectures de cernes) et de la densité du bois (microdensitométrie aux rayons X) à 1,30 m a été réalisée dans les hêtraies du Nord-Est. Les conditions trophiques et climatiques des peuplements ont été caractérisées. <br />L'augmentation de la vitesse de croissance en hauteur dominante a un caractère général sur le territoire, structuré selon un gradient longitudinal. Pour chaque essence, elle est plus marquée dans le Nord-Est, tandis qu'elle reste faible ou récente dans le Nord-Ouest. L'essentiel de l'évolution a été acquis dans la seconde moitié du siècle. La progression est ponctuée de crises d'origine climatique, communes ou spécifiques, dont la plus marquée est celle de la décennie 1940. Défavorable au hêtre, la décennie 1990 a été bénéfique au chêne, et explique que l'évolution constatée pour cette essence culmine en fin de siècle à un niveau bien supérieur à celui du hêtre. L'augmentation séculaire est comprise pour les extrêmes entre +20% et +100%, et atteint dans le Nord-Est un niveau commun aux deux essences de +50-60% en excluant la période récente. Dans ce secteur, les évolutions de croissance radiale et en hauteur du hêtre sont similaires. La densité du bois est restée stable. En conséquence, la productivité en biomasse a pu suivre l'évolution estimée sur la hauteur dominante. L'analyse des relations croissance - facteur du milieu permet d'aborder la causalité des changements de productivité, et suggère un déterminisme multifactoriel. Le climat aurait eu jusqu'alors des conséquences essentiellement conjoncturelles. Des effets saisonniers opposés sur la croissance sont de plus possibles. Le caractère récent des évolutions constatées, leur organisation spatiale, conjugués à une sensibilité des essences aux conditions trophiques, font ressortir le rôle clé possible des dépôts atmosphériques azotés dans la réponse aux changements de l'environnement.

Dans le contexte du développement durable qui a vu l’introduction de la directive produits biocides BPD 98/8/CE, l’étude des méthodes innovantes de préservation du bois comme le traitement thermique revêt une importance prépondérante. Le traitement thermique du bois permet d’améliorer ses propriétés de résistance biologique, de stabilité dimensionnelle ainsi que son aspect esthétique, sans ajout de produit chimique. Les études actuelles sur la problématique de la qualité du bois traité thermiquement se focalisent sur les caractéristiques finales du bois déjà traité, l’influence des conditions de traitement ou encore l’effet essence. Les propriétés intrinsèques du bois avant le traitement ne sont pas encore prises en compte. Les propriétés du bois telles que la densité ou la composition chimique étant variables principalement sous l’effet de l’activité humaine comme la sylviculture, l’objectif de cette thèse était d’évaluer l’impact de cette variabilité chez le chêne sessile (Quercus petraea Liebll.) et le sapin (Abies alba Mill) sur leur modification par voie thermique. Un scanner et un micro-densitomètre à rayons X ont été utilisés pour caractériser la variation de la densité des échantillons de planches et des cernes de croissance provenant des arbres étudiés. Des traitements thermiques ont été réalisés dans un four pilote à conduction sous vide de type macro-thermobalance et un analyseur thermogravimétrique (ATG). Des analyses chimiques ont été également réalisées. Les résultats montrent qu’en prenant la perte de masse due à la dégradation thermique du bois comme réponse, les types de tissus du bois et la composition chimique influencent sa thermo-dégradation. Que ce soit chez Quercus petraea ou chez Abies alba, le bois de printemps était plus sensible au traitement thermique que son voisin de bois d’été. De plus, les portions radiales du tronc, du bois juvénile à l’aubier en passant par le bois mature, se dégradaient suivant des cinétiques différentes. En conclusion, la variation de la microstructure et la composition chimique de ces bois influencent leur cinétique globale de thermo-dégradation. La sylviculture impacte cette différence intraspécifique de cinétique de dégradation à l’échelle intra- et interarbre. En effet, dans le cas du sapin pectiné, une gestion très dynamique des forêts dans le but de stimuler la croissance rapide des arbres qui produisent de gros bois contenant des cernes très larges, est source de variation dans la structure anatomique et la composition chimique à l’intérieur des arbres en comparaison aux petits bois à croissance lente plus homogènes. Toutes ces analyses ont pour objectif final de comprendre le lien entre les propriétés initiales du bois et les modifications thermiques intervenant au cours du traitement afin d’apporter une information utile aux industriels lors du choix des pièces de bois destinées au traitement thermique en vue d’une amélioration de la qualité du bois traité thermiquement / In the context of sustainable development which has seen the introduction of the biocides directive BPD 98/8/CE in the EU, innovative wood preservation practices such as Heat Treatment (HT) become relevant. Wood HT, also termed wood thermal modification, is a physical modification technology by which wood is heated at around 200 °C in an inert atmosphere. The main purpose of the treatment is to improve the biological durability and dimensional stability of wood. Current studies on thermally modified wood (TMW) quality are focusing on treated material, on treatment conditions or on species effect on the end-product characteristics. Relatively little is known about the effect of intrinsic wood properties on its thermal modification. As wood properties vary especially under the influence of human activities through sylviculture, this thesis studied the effect of European oak and silver fir wood density and chemical composition on their thermal modification kinetic. An X rays computed tomography (CT) and densitometer were used to characterize wood samples. Boards were heat-treated by conduction under vacuum using a pilot furnace, whereas sawdust samples underwent thermo-gravimetric analysis under nitrogen. The analysis allowed finding intra- and interspecific variations, especially within growth rings and along radial direction (from pith to bark). Forest management impacted heat modification kinetic of the studied samples, especially in silver fir where fast grown wood was more sensitive to treatment. The finding will be used as additional information to the wood industry which will account for homogeneity of loadings destined to heat treatment