Parce qu'elles concentrent plus de la moitié de la population et l'essentiel de l'activité économique mondiales, les villes sont des acteurs majeurs des problématiques environnementales globales. Les politiques de transport, d'urbanisme et de logement sont ainsi reconnus comme des moyens nécessaires et efficaces d'action pour réduire les émissions ainsi que pour réduire la vulnérabilité aux impacts du changement climatique. Jusqu'à présent, malheureusement, il n'y a pas de consensus sur ce qui doit être fait, et encore moins sur comment le faire. Trois difficultés, au moins, expliquent cela. Tout d'abord, les politiques climatiques interagissent avec les autres objectifs des politiques urbaines, comme la compétitivité économique ou les problèmes sociaux, entrainant des synergies et des conflits. Ensuite, les inerties sont un facteur-clef à prendre en compte : les modifications structurelles des villes s'opèrent très lentement. Si l'on veut que les villes soient adaptées au climat de la fin du XXIème siècle, il est indispensable de commencer à agir dès maintenant. Enfin, les effets des politiques urbaines dépendent de nombreux facteurs exogènes, et inconnus au moment où la décision doit être prise : les changements démographiques, socio-économiques culturels politiques et technologiques vont jouer un rôle majeur. Ces trois difficultés ne sont cependant pas insurmontables, et nous illustrerons comment une modélisation intégrée peut permettre de répondre à une partie de ces problèmes / Because they are home to more than half of the world population, and because most of the world economic activity takes place within them, cities are at the forefront of global environmental issues. Land use planning, urban transport and housing policies are now recognized as major tools for the reduction of both greenhouse gases emissions and vulnerability to climate change impacts. So far, however, how to use these tools efficiently remains unclear. At least three main difficulties explain this, and play a key role in urban climate policies analysis. First, urban climate policies are also not developed or implemented in a vacuum; they interact with other policy goals, such as economic competitiveness or social issues, giving rise to both synergies and conflicts. Second, inertia is a key factor when designing optimal climate policies : structural modifications in cities occur slowly over a long time horizon. Some immediate actions are required if cities are to be adapted to a different climate or to help reduce greenhouse gases emissions within a few decades. Third, the evolution of a city depends on several external factors, on which local policy-makers do not generally have much influence : demographic, socio-economic, cultural, political and technological changes will play a major role. This uncertainty has to be taken into account, and climate policies have to be robust against future possible global evolutions is important. These three difficulties are not, however, impossible to overcome, and we will illustrate how integrated city modelling can help address these issues

Sur les littoraux de l’Arc Latin, les pressions anthropiques croissantes et les changements climatiques soulèvent de nombreuses interrogations quant à leur devenir. Cette thèse développe des méthodes et connaissances prospectives afin de soutenir l’anticipation requise en termes de prévention et d’adaptation, dans une perspective de durabilité territoriale. Deux axes de recherche sont explorés : une prospective des dynamiques spatiales de littoralisation de l’Arc Latin et une évaluation de l’adaptabilité des territoires littoraux au changement climatique. Ils renvoient à une problématique méthodologique commune, qui est celle de l’évaluation des potentialités d’évolution des territoires littoraux. Interrogeant le rôle des configurations spatiales dans l’évolution des territoires, la posture générale est celle de la prospective spatiale, qui consiste à analyser le devenir des systèmes spatiaux à partir de leur fonctionnement passé et actuel et des propriétés du changement spatial. Des méthodes quantitatives de l’analyse spatiale (ESDA, modélisation par automate cellulaire et dynamique des systèmes) sont combinées avec des méthodes qualitatives (analyse de séquences, analyse de diagrammes causaux) pour intégrer les dynamiques spatio-temporelles et la complexité de l’évolution des territoires. Les résultats de l’analyse des trajectoires de peuplement de l’Arc Latin fournissent une vision d’ensemble et spatialement différenciée de la littoralisation et de ses évolutions potentielles. L’analyse de l’adaptabilité des territoires au changement climatique, réalisée d’une part par des simulations sur des espaces théoriques, et d’autre part par un diagnostic finalisé appliqué à la montée du niveau de la mer en Camargue, montrent l’intérêt de prendre en compte les configurations spatiales pour mettre en évidence des potentialités d’adaptation différenciées et contribuer au choix de mesures d’adaptation en adéquation avec les territoires. / The growing anthropic pressures and the upcoming climatic changes raise many questions about the future of the coasts of the Latin Arc. This thesis develops prospective methods and knowledge in order to support the required anticipation for prevention and adaptation, towards a sustainable territorial development. Two areas of research are explored: a prospective of littoralisation spatial dynamics in the Latin Arc and an assessment of the adaptability of coastal territories to climate change. These two points belong to the same methodological approach, which assesses the evolution potential of coastal territories. Because we question the role of spatial configurations in the evolution of territories, we thus position into the framework of spatial prospective. This field explores the future of spatial systems on the basis of their past and actual functioning and of spatial change properties. Quantitative methods of spatial analysis (ESDA, cellular automata modeling and system dynamics) are combined with qualitative methods (sequence analysis, causal systems analysis). They enable to integrate spatio-temporal dynamics and complexity of the evolution of territories. The results of the population trajectories analysis of the Latin Arc provide anoverall and spatially differentiated vision of littoralisation and of its possible evolutions. The assessment of territories adaptability has been set up by a simulation approach on theoretical spaces on the one hand, and by a diagnosis applied to the rise of sea level in Camargue on the other hand. They show the interest of taking into account spatial configurations to identify differentiated adaptation potentialities and adaptation measures consistent with territories.

Dans la plupart des études, on s'intéresse au changement climatique futur en analysant l'évolution du climat entre une référence actuelle fixée et une période future. Le réchauffement est de plus en plus fort au fil du 21ème siècle. Dans un contexte où les conditions climatiques sont toujours en train d'évoluer, les écosystèmes doivent continuellement s'adapter à des modifications diverses du climat. Dans le cadre de cette thèse, je propose d'analyser les projections climatiques sous un angle alternatif. Afin d’être caractéristique des représentations des populations urbaines et rurales, je définis et analyse des indicateurs liés à la vitesse des changements de température, de précipitations et de végétation. Un ensemble de simulations CMIP5 de 18 modèles de climat est sélectionné. La vitesse est représentée par des différences entre deux périodes successives de 20 ans. Cette notion de vitesse pourrait offrir de nouveaux outils pour interagir avec les communautés scientifiques travaillant sur les impacts et l'adaptation.Sans politiques d’atténuation du changement (scénario RCP8.5), le réchauffement global sera au moins deux fois plus rapide à la fin du siècle qu’actuellement, et même trois fois dans certaines régions. Près de la moitié des surfaces continentales, principalement les zones tropicales, seront touchées par des décalages significatifs de la distribution de la température entre deux périodes de 20 ans d’ici à 2060, i.e. au moins 4 fois plus qu’actuellement. Dans ces régions, des années extrêmement chaudes ayant un temps de retour de 50 ans deviendront habituelles en l’espace de 20 ans seulement. La fraction de la population mondiale étant exposée à ces changements pourrait atteindre environ 60% (i.e. 6 milliards de personnes et 7 fois plus qu’actuellement). Il suffit de relativement légères mesures d’atténuation (RCP6.0) pour que la vitesse du réchauffement ne dépasse pas les valeurs actuelles et que 3 fois moins de personnes soient exposées à des décalages significatifs de température.Les vitesses d’humidification et d’assèchement en termes de précipitations augmenteront de 30 à 40%. Leur répartition géographique deviendra plus stable spatialement et les tendances tendront à persister sur les mêmes régions, et ce malgré l’accélération du réchauffement global. Cette stabilisation résulte de la contribution grandissante des processus thermodynamiques par rapport à ceux contrôlés par la circulation générale. La combinaison de l’accélération des tendances et de leur persistance peut avoir un impact sur l’adaptation des sociétés et des écosystèmes, particulièrement sur le bassin méditerranéen, en Amérique centrale, en Inde et dans les régions arctiques. Une telle évolution est déjà visible actuellement, mais pourrait disparaître avec de fortes mesures d’atténuation (RCP2.6).Les changements de la végétation peuvent être des repères visuels du changement climatique. Dans les moyennes et hautes latitudes Nord, le cycle saisonnier des arbres et des herbacées suit la vitesse du réchauffement. Sans politiques d’atténuation, le début de la saison foliaire avance et sa durée augmente plus rapidement au fil du siècle. La couverture de la végétation se densifie quelque soit le scénario proportionnellement à l’augmentation de la température. Le cycle saisonnier des cultures des moyennes latitudes dépend directement de la température et celui des cultures tropicales de l’évolution des caractéristiques de la saison des pluies. Sous les autres latitudes, aucune évolution robuste du cycle saisonnier n’est projetée. La vitesse des changements de répartition de la végétation a déjà doublé entre 1880 et 1950 correspondant à un changement marqué de l'utilisation des sols. Elle est stable tout au long du siècle si la végétation interagit dynamiquement avec le climat dans les modèles, traduisant un ralentissement du changement de l'utilisation des sols et l'accélération des changements de végétation sous l'effet du changement climatique. / In most climate studies, climate change is approached by focusing on the evolution between a fixed current baseline and a future period, emphasizing stronger warming as we move further over the 21st century. Under climate conditions that are continuously evolving, human and natural systems might have to constantly adapt to a changing climate. This thesis proposes an alternative approach to climate projections. Here, I consider and analyze indicators of the pace of changes relative to temperature, precipitation and vegetation in order to be relevant for both urban and rural populations. An ensemble of CMIP5 simulations from 18 climate models is selected. The pace is represented by differences between two subsequent 20-year periods. Considering the pace of change would be beneficial for climate impacts and adaptation analyses.The models predict that the warming rate strongly increases without any mitigation policies (RCP8.5 scenario). It is twice as high by the end of the century compared to the current period, and even three times higher in some regions. Significant shifts in temperature distributions between two subsequent 20-year periods are projected to involve almost half of all land surfaces and most tropical areas by 2060 onwards (i.e. at least four times as many regions than currently). In these regions, an extremely warm year with a return period of about 50 years would become quite common only 20 years later. The fraction of the world population exposed to such shifts might reach about 60% (6 billion people, i.e. seven times more than currently). Low mitigation measures (RCP6.0) allow the warming rate to be kept at current values, and reduce the fraction of the world population exposed to significant shifts of temperature distributions by one third.Under RCP8.5, rainfall moistening and drying rates both increase by 30-40% above current levels. As we move further over the century, their patterns become geographically stationary and the trends become persistent. The stabilization of the geographical rate patterns that occurs despite the acceleration of global warming can be physically explained: it results from the increasing contribution of thermodynamic processes compared to dynamic processes in the control of precipitation change. The combination of intensification and increasing persistence of precipitation rate patterns may affect the way human societies and ecosystems adapt to climate change, especially in the Mediterranean basin, Central America, South Asia and the Arctic. Such an evolution in precipitation has already become noticeable over the last few decades, but it could be reversed if strong mitigation policies were quickly implemented (RCP2.6).Changes in vegetation could be visual landmarks of climate change. In mid- and high-latitudes of the Northern Hemisphere, the phenology of grass and trees follows the warming rate. Without any mitigation policies, the start of spring occurs earlier, and its duration is extended faster as we move over the century. The vegetation cover becomes denser, regardless of the selected pathway, in proportion to the temperature rise. The seasonal cycle of mid-latitude crops also depends on the temperature, and the seasonal cycle of tropical crops directly follows the features of the wet season. In all other latitudes, no robust evolution of the seasonal cycle is projected. The pace of change of vegetation cover since 1880 already doubled before 1950, mainly due to a strong change in land use. This pace is then projected to be stable over the entire 21st century if the vegetation dynamically interacts with the climate system in the models. This corresponds to a reduction of land-use change and to the acceleration of changes of vegetation cover under climate change.

Le concept de transition énergétique s'est imposé au cours de ces vingt dernières années, commenouvel objet de la recherche urbaine. Le présent travail de recherche interroge ce concept dans lecontexte des villes allemandes. En effet, l'Allemagne présente un intérêt pour deux raisons. Elles'engage dans une transition énergétique ambitieuse pour à la fois sortir du nucléaire en 2022 etdevenir climatiquement neutre à l'horizon 2050. Pour cela, elle doit compter sur les villes qui sontses principales alliées et des instruments de territorialisation de la transition énergétique. Or, depuisles années 1990, les villes connaissent des changements structurels majeurs qui les plongent, surtoutdans les nouveaux Länder, dans une dynamique de rétrécissement urbain. Les tendancesantagonistes de croissance et rétrécissement, fortement marquées en Allemagne, posent la questiondes capacités des villes à répondre aux enjeux globaux et aux injonctions de l'État, et à inclure cesdéfis globaux à leur propre stratégie de développement. À cet effet, les villes tendent à adopter desméthodes et instruments de que l'on peut regrouper sous la dénomination de managementstratégique urbain de la transition énergétique, encouragé et relayé par des niveaux supérieurs.Ce travail propose d'interroger ce management transition énergétique dans deux contextes urbainscontrastés que sont Heidelberg, une ville croissante et Dessau-Roßlau, une ville rétrécissante, deuxvilles qui se sont engagées dès les années 1990 dans la protection du climat. / The concept of energy transition has become a very popular urban research subject in recent years.This work investigates this concept in the context of German cities. Germany proves to be highlyrelevant for two main reasons: the country’s engagement in an ambitious energy transition with itsnuclear phaseout (2022) and its ambition to become an (almost) climate neutral country by 2050.Germany has to count on its cities to drive the energy transition since these are the main sources ofenergy consumption and emissions.However, since the 1990's, German cities, especially those in the new regions, have experiencedthe phenomenon of shrinkage. The striking contradictions of growth and shrinkage test thecapacities of cities to respond to global challenges and states' injunctions. In order to take action,cities often adopt methods and instruments (climate plans, participation, projects, cooperation)following on from what we can call urban strategic management for energy transition. This researchanalyses this management form in two contrasted urban contexts, Heidelberg and Dessau-Roßlau,that have been engaged in climate protection schemes since the 1990's.

Le changement climatique est manifeste et son impact sur l’agriculture est indéniable, surtout dans les pays d’Afrique subsaharienne qui restent les plus vulnérables. Cette étude analyse la représentation sociale du changement climatique chez les agriculteurs au Cameroun. Le cadre théorique est celui de l’approche structurale des représentations sociales. Ainsi, il est question d’examiner l’organisation et la structuration de l’objet changement climatique auprès de ce public spécifique que sont les agriculteurs. Trois enquêtes ont été réalisées à cet effet. La première étude est une enquête exploratoire ; deux groupes d’agriculteurs (N= 60) issus de deux contextes géo-climatiques différents ont été interrogés par le biais du test d’associations libres. On observe que le changement climatique est bel et bien un objet porté en représentation chez les agriculteurs et présente deux noyaux centraux différents articulés autour d’éléments naturels et fonctionnels. La seconde étude a été réalisée quatre ans plus tard auprès de deux groupes d’agriculteurs (N=95), toujours dans les mêmes contextes géo-climatiques. Le test d’associations libres a été complété par le questionnaire de caractérisation. Tout comme la première enquête, on observe également deux représentations sociales différentes du changement climatique. Pour un groupe, l’absence des pluies apparaît plus sailllante et l’avancée du désert plus caractéristique ; tandis que pour l’autre, le changement des saisons semble plus central. La lecture diachronique de l’étude montre des évolutions dans la représentation. La troisième étude s’est intéressée au discours de la presse sur le changement climatique par l’analyse lexicométrique. Trois journaux et quotidiens ont été analysés. On observe une potentielle influence du discours de presse dans le champ représentaionnel. Au-delà de la variable contextuelle qui différencie fortement les deux groupes d’agriculteurs en induisant des représentations sociales différenciées, l’étude montre une représentation sociale décrite essentiellement à travers ses effets, structurée autour des éléments naturels liés à la pratique agricole et qui évolue progressivement. Les résultats sont discutés au regard des caractéristiques climatiques de chaque zone et de l’adaptation au changement climatique par l’adoption de nouvelles pratiques agricoles. / Climate change is obvious and its impacts on agriculture in undeniable especially in sub-saharan african countries which remain the most vulnerable. This study analyzes the social representation of climate change among farmers in Cameroon. The theoretical framework is the structural approach of social representations. Thus, it was question of examining the organisation and the structuring of the object climate change within the specific public which are the farmers. Three surveys were conducted for this purpose.The first study in an exploratory survey ; three groups of farmers (N=60) were interviewed through the free association test. It is observed that climate change is indeed an object of representation for farmers and has a dual structure with two different core centers that have functional elements.The second study was condutued four years laters within two groups of farmers (N=95) still in the same geo-climatic contexts. The free association test was completed by the characterization questionnaire. As with the first survey, there are also two different social representations of climate change. For one group, the absence of rain appears more salient and the advance of desert mor characteristic ; while for the other, the change of season seems more central. A diachronic reading of the study shows changes in the representation.The third study focused on the press release on climate change through lexicometric analysis. Three newspapers and dailies were analyzed. There is a potential influence of the press discourse in the representation field.Beyond the contextual variable that strongly differentiates the two groups of farmers by inducing differentiated social representations, the study shows a social representation described essentially through its effects, structured around natural elements related to agricultural practice and evolving gradually. The results are discussed in terms of the climatic characteristics of each zone and adaptation to climate change through the adoption of new agricultural practices.

L'adaptation au changement climatique est un défi majeur pour la viticulture. Dans un cadre temporel et spatial approprié, l'objectif de cette thèse était d'améliorer la conception de l’adaptation de la viticulture au changement climatique, dans le but de construire des stratégies à haute résolution. Le cadre méthodologique utilisé dans cette étude est constitué de plusieurs étapes. Par l’utilisation d’un modèle climatique régional, la première étape a été d'évaluer les impacts potentiels des changements climatiques futurs sur viticulture dans la sous-région d’Anjou-Saumur. Le réchauffement attendu de +1.1°C à +3.8°C à l’horizon 2071-2100 devrait entrainer une avancée significative de la phénologie de la vigne. Dans un deuxième temps, deux sites d’études contrastées en Anjou-Saumur ont fait l’objet de mesures climatiques et agronomiques à l’échelle fine des vignobles. Pendant trois années consécutives, la variabilité locale du climat et du comportement de la vigne a été étudiée. Les résultats ont montré une forte variabilité spatiale des conditions climatiques locales, qui s'est traduite par des différences de phénologie de la vigne et de composition des raisins. La connaissance de cette variabilité apparait ainsi comme un outil d’adaptation permettant aux viticulteurs de compenser les effets du changement climatique. Enfin, à l’aide d'entretiens semi-directifs individuels, les perceptions, la vulnérabilité et les processus d'adaptation des viticulteurs à la variabilité climatique et au changement climatique ont été évalués. Dans le contexte du changement climatique et des enjeux concernant l'adaptation, cette thèse a mis en évidence l'importance de la connaissance de l'environnement local et de la compréhension contextuelle dans l'élaboration des stratégies d'adaptation à différentes échelles temporelles et spatiales. / Adaptation to climate change is a major challenge facing the viticulture sector. Within an appropriate temporal and spatial framework, the aim of this thesis was to enhance the conception of climate change adaptation in viticulture, all towards constructing high resolution strategies. The methodological framework used in this study consisted of several steps. Using a regional climate model, the first step was to evaluate the potential impacts of future climate changes on grape growing in the Anjou-Saumur wine growing sub-region. With warming predicted to continue by +1.1°C to +3.8°C in the far future, grapevine phenology is expected to advance significantly. Secondly, two contrasting study areas in Anjou-Saumur were equipped with climatic and agronomic measurements at vineyard-level scales. For three consecutive growing seasons, local variability in climate- and grapevine-related variables were studied. Results have shown a strong spatial variability in local climate conditions, which were reflected on grape phenology and grape composition. This spatial heterogeneity in local conditions should represent an important buffer in response to future climate changes, allowing winegrowers to manage the expected climate change impacts. And finally, wine growers’ perceptions, vulnerability and adaptive processes to climate variability and change were assessed through individual semi-structured interviews. Within the context of climate change and the key issues surrounding adaptation, this thesis have highlighted the importance of local environmental knowledge and contextual understanding in framing adaptation strategies across different temporal and spatial scales.

Avec la montée en force des changements climatiques, une injonction à s’adapter est lancée par les instances internationales et nationales aux décideurs locaux, aux collectivités locales et aux acteurs des territoires. Le passage à l’action n’est pourtant pas aisé. Enjeu de politique publique, l’adaptation se présente comme un sujet très technique. Dans la littérature, elle a souvent été envisagée comme résiduelle, comme un état à atteindre, presque mécaniquement. Or, son sens, ses arbitrages sociaux et politiques restent implicites. Cette thèse s’intéresse donc au processus d’adaptation face aux changements globaux et à ses dimensions politiques. Elle investigue plus particulièrement les politiques locales d’adaptation discutées et mises en œuvre sur les territoires littoraux héraultais et gardois. L’adaptation recouvre en fait un répertoire d’actions multiples. Ce répertoire se structure autour de quatre types qui recouvre quatre logiques politiques. Chaque type d’adaptation mobilise certains instruments d’action publique plutôt que d’autres et traduit en fait un projet territorial spécifique, avec une ambition de transformation plus ou moins forte de la trajectoire du territoire. Ces logiques témoignent également de modalités de gouvernement local distinctes et en particulier une répartition des responsabilités différentes entre l’Etat, les collectivités locales, les citoyens et les acteurs locaux. D’autre part, l’adaptation est appréhendée au niveau local à travers le filtre de cadrages spécifiques, qui balisent sa mise en discussion et tour à tour, dessinent l’adaptation comme une politique de développement économique, de gestion des risques, de développement durable ou écologique. Ces cadrages locaux sont en décalage avec ceux à d’autres échelles, notamment nationales. Enfin, des relations de pouvoir se jouent autour de cet enjeu de l’adaptation au changement climatique. La territorialisation de l’adaptation se décline par des actions juxtaposées et cela pose le problème de leur coordination. Combinant l’analyse de la résilience et des vulnérabilités avec la Political Ecology, la sociologie et la science politique, la thèse vise à mettre en exergue les dimensions sociales et politiques dans les processus d’adaptation. Pour ce faire, l'investigation porte plus spécifiquement sur les politiques locales en lien avec le changement climatique mais aussi l’aménagement du territoire, la gestion des risques et la gestion de l'eau mises en œuvre sur les territoires littoraux héraultais et gardois. La thèse propose une démarche interdisciplinaire à partir d’une approche empirique et inductive. Loin d’être une problématique uniquement technique, l’adaptation au changement climatique est plurielle et éminemment politique. / Since the 2000s, adaptation to climate change has been a new consideration for local territories in France, but its implementation is complex. Adaptation is not only a new issue for public policies but also a concept tinted with a semantic blur. At the same time, it is presented as a very technical issue. It is often highlighted as a state to reach. Decision-makers can "operationalize" adaptation by simply applying a specific methodology. However, adaptation is not only a mechanism but it is also a process that implies economic, social and ecological trade-offs for socio-ecological systems. These political dimensions are often implicit. Our work focuses on adaptation process and public policies. We studied local public policies implemented and discussed for the coastlines on the eastern coastal area of Languedoc Roussillon in the south of France that is facing global changes. We combine vulnerability and resilience approaches with sociology/political science in order to investigate adaptation pathways and local public policies and instruments. We conducted an empirical analysis of local actions and strategic plans related to climate but also to urban planning, flooding and water management. In order to provide a vehicle to clarify this concept of adaptation and its political dimensions, we propose a typology of adaptation measures. We found four logics that associate different political instruments and reflect different degrees of transformation. Secondly, we show that the issue of adaptation is framed differently by the different stakeholders. We show the gap between the national frame of standards and multiple local frames. Those frames can limit the panel of solutions that are discussed locally and can allow for compromises. The different types of actions constitute the ‘repertoire’ of adaptation but its implementation is constrained by local configurations of actors, power relationships. Throughout our work, we have highlighted the political dimensions of adaptation actions, power relationships and governance issues. We shed a light on trade-offs inherent in adaptation choices.

Pour répondre à la demande de la population croissante, la production de riz doit être augmentée de 40% d’ici 2030. Cependant cette production émet des gaz à effet serre (GES), tel que le méthane (CH4), qui contribue au réchauffement climatique. Les stratégies de gestion, telles que le drainage des sols et la gestion durable des résidus, sont essentielles pour diminuer les émissions de GES des rizières, mais cela entrent souvent en conflit avec les pratiques de gestion des riziculteurs. L'objectif de ce projet était d'étudier le potentiel d'atténuation des GES par des pratiques de drainage et de gestion des résidus et par l’identification des opportunités et les contraintes auxquelles sont confrontés les petits exploitants dans la mise en œuvre des pratiques. Le projet a été élaboré en utilisant une approche interdisciplinaire incluant mésocosme en chambre climatique, des campagnes sur le terrain et une enquête après des agriculteurs au Vietnam. La première étude sur le mésocosme a été menée pour identifier l'impact du drainage en début et mi-saison sur les émissions de CH4 et de N2O par des sols amendés avec des résidus frais et compostés à différents niveaux de sol C (article I). La deuxième étude sur le mésocosme incluait des résidus de riz enrichis en 13C pour comprendre l'effet de la pré-plantation, d’un drainage précoce et à mi-saison sur la contribution des résidus C aux émissions de CH4 (article III). Des expériences de terrain ont été menées pendant deux saisons (printemps et été) pour documenter l'effet de la pré-plantation, du drainage en début et à mi-saison sur les émissions de CH4 et de N2O par des sols modifiés par l’apport de résidus dans deux systèmes de gestion d’eau: un système efficace de gestion de l'eau et un système de contrôle d'eau conventionnel (article II). Trente-cinq petits producteurs de riz ont été interviewés pour évaluer la diversité des pratiques de gestion des terres dans la région et comprendre leurs pratiques de culture, leurs défis et leurs contraintes à l'échelle de la rizière. Quatre ateliers ont été menés avec des agriculteurs, des conseillers agricoles locaux et régionaux pour concevoir et évaluer les pratiques de production de riz adaptées au climat, basées sur la gestion de l'eau et des résidus (article IV). Les études de laboratoire et de terrain ont montré que les pratiques de drainage (pré-plantation et drainage précoce) pouvaient atténuer les émissions de GES sans compromettre le rendement du riz. Au laboratoire, le drainage avant plantation a considérablement réduit les émissions de CH4 de 70 à 80%, alors que sur le terrain, le drainage se montre moins efficace dans la réduction des émissions de CH4 en raison des activités opérées par les agriculteurs avant transplantion. Dans l’étude de terrain, le drainage précoce et en mi-saison a diminué les émissions de CH4 de 67% et 43% dans les systèmes comprenant une gestion de l’eau efficaces et inefficaces. Au laboratoire, l’addition d’un drainage en début et mi-saison a réduit les émissions de CH4 de 75 à 90%. Sur le terrain, le système efficace de contrôle de l'eau associé avec une bonne aération des sols a considérablement augmenté le potentiel de diminution du CH4 des sols drainés et modifiés par les résidus. L'étude isotopique a indiqué que l'aération des sols au stade précoce (pré-plantation ou début de saison) réduit les émissions de CH4 dérivés des résidus de 57 à 87%. Cependant, les résultats ont mis en évidence que l’amélioration des pratiques de drainage impactaient très peu les émissions de N2O. Les résultats de l'étude participative ont souligné l'importance d'impliquer les agriculteurs et les acteurs locaux dans la conception des systèmes d'atténuation des GES. Ces résultats ont mis en évidence les contraintes et les opportunités possibles pour la mise en œuvre réussie des stratégies d'atténuation des GES dans les rizières des petits exploitants. / Rice production needs to increase by 40% to meet the demand of the world’s growing population by 2030, yet rice production contribute to global warming with elevated GHG emissions, particularly of methane (CH4). Management strategies, such as drainage of paddy soils & sustainable residue management are essential in order to mitigate GHG emission from rice systems, but they often conflict with the practical management preferences of rice farmers. The objective of this project was to investigate the GHG mitigation potential of drainage practices and residue management techniques, and to identify the constraints and opportunities faced by smallholders in the implementation of mitigation practices under local conditions. The project was formulated using an interdisciplinary approach that included two mesocosm studies in growth chamber, two field campaigns and a field survey of farmers in Vietnam. First mesocosm study was conducted to verify the impact of early season drainage and midseason drainage on CH4 and N2O emissions from fresh and composted residue-amended soils at different soil C levels (Paper I). Then second mesocosm study was conducted using 13C-enriched rice residue to understand the effect of pre-planting, early-season and midseason drainage on the residue carbon contribution to CH4 emissions (Paper III). Field experiments based on farmers’ field conditions were conducted for two seasons (spring and summer) to document the effect of pre-planting, early-season and midseason drainage on CH4 and N2O emissions from residue-amended soils under two field water management systems: an efficient field water control system and a conventional, inefficient field water control system (Paper II). Thirty-five smallholder rice farmers were interviewed to capture the diversity of different land management practices in the area and understand their cropping practices, challenges and constraints faced at field scale. Four workshops were conducted with farmers, local agricultural advisors and regional stakeholders to design and assess the climate-smart rice production practices, based on water and residue management (Paper IV). The lab and field studies showed that drainage practices (pre-planting and early season drainage) had the potential to mitigate GHG emissions without compromising rice yield. Pre-planting drainage greatly reduced CH4 emissions in the lab experiment by 70-80%, while in field condition pre-planting drainage had less effect on CH4 emission reduction due to constraints with farmers’ field operations before transplanting. Early season drainage reduced CH4 emissions in both lab and field experiments. In field study, early plus midseason drainage lowered the CH4 emissions by 67% and 43% in the efficient and inefficient field water management systems respectively. In lab, early plus midseason drainage lowered CH4 emissions by 75-90 %. The efficient field water control system and good soil aeration significantly increased the CH4 mitigation potential of the drainage regimes from residue-amended soils. The isotopic study in lab indicated that soil aeration in the early stage (pre-planting or early season) reduced the residue-derived CH4 emissions by 57-87%. The results highlighted that the effects of improved drainage practices on N2O emissions were very low when considering the total GHG effects of CH4 and N2O. The results of the participatory study highlighted the importance of involving farmers and local stakeholders in the process of designing the mitigating systems. The active involvement of farmers and local stakeholders in the process of designing, testing and assessing the water management systems highlighted the constraints and feasible options for successful implementation of GHG mitigation strategies in smallholders’ rice fields.

Le pin noir (Pinus Nigra Arn.) est un arbre forestier de première importance pour la foresterie européenne. Son aire de répartition péri-méditerranéenne est vaste et morcelée et ses exigences écologiques sont de grande amplitude. La taxonomie de cette espèce collective caractérisée par plusieurs sous-espèces, son histoire évolutive et sa diversité adaptative ont été explorées selon quatre approches : phylogénétique, génétique des populations, génétique quantitative et modélisation sous changement climatique. Nous avons exploré la diversité génétique de 19 populations de pin noir couvrant l’aire de répartition géographique de l’espèce et nous avons revu les relations phylogénétiques qui les caractérisent. La variabilité génétique du pin noir a été étudiée pour fournir de nouveaux aperçus sur la différenciation entre ses populations, pour fournir des hypothèses sur leur origine géographique et pour clarifier la taxonomie de l’espèce. La différenciation génétique du pin noir a été investiguée aussi par un trait lié à la fitness, la croissance radiale, pour comprendre si la variabilité entre provenances/sous-espèces était principalement due à la plasticité phénotypique ou à la diversité génétique. La réponse du pin noir au climat a ensuite été investiguée par une approche de dendrochronologie conduite à trois niveaux : individu, provenance et sous-espèce. Les différences de croissance radiale entre provenances ont été aussi utilisées pour comprendre comment le pin noir pourrait s’adapter au climat futur par une approche de modélisation de niche. / The European black pine (Pinus nigra Arn.) is an ecologically and economically important forest tree, discontinuously and often patchily distributed across different ecological environments and climatic conditions in Europe and around the Mediterranean Basin. The taxonomy of this collective species, where many subspecies have been described, its evolutionary history and its adaptive diversity were investigated following four different approaches: phylogenetic, population genetics, quantitative genetics and modeling under climate change. We firstly explored the genetic diversity of 19 natural populations of P. nigra covering the maximum geographic extent of the species and reviewed the phylogenetic relationships characterizing them. The genetic variability of the European black pine was investigated with the particular aim of providing new insights on population differentiation and on their geographic origin and for clarifying the taxonomy of the species. P. nigra differentiation was also investigated for a fitness related trait, radial growth, with the aim of understanding whether phenotypic plasticity or genetic diversity was mainly responsible for the patterns observed. Dendrochronology was then used to examine the reaction of P. nigra to climate variation. Using niche modeling tools, differences in radial growth between provenances were also used to understand how P. nigra might adapt to future climates.

Le rapport spécial du GIEC (SR1.5) publié en octobre 2018 est sans équivoque. Avec un réchauffement global d'environ 1°C en 2017 par rapport au début de l'ère industrielle et une teneur de CO2 dans l'atmosphère de 400 parties par million, l'Homme a d'ores et déjà modifié substantiellement le climat. L'évaluation de scénarios climatiques à bas niveau d'émissions limitant le réchauffement global à venir en deçà de 2°C montre que nous sommes désormais face à un défi scientifique, technique et civilisationnel sans précédent. Le GIEC stipule que chaque année perdue en matière d'atténuation rend un peu plus plausible la perspective d'une véritable "catastrophe" climatique. Dans ce contexte alarmant, les techniques de modification du rayonnement solaire sont de plus en plus étudiées comme une alternative à court terme pouvant limiter les impacts liés à la hausse de la température globale, en attendant la mise en œuvre et/ou la faisabilité de techniques d'atténuation suffisamment efficaces. La modélisation du système Terre reste à ce jour le seul moyen d'étudier dans quelles mesures ces techniques pourraient effectivement s'insérer dans la lutte contre le changement climatique. Le but principal de cette thèse est de quantifier et de réduire les incertitudes quant à la réponse des modèles aux simulations de géo-ingénierie de type modification du rayonnement solaire, en accordant une attention toute particulière aux effets collatéraux sur les cycles de l'eau et du carbone. Dans un premier temps, nous avons exploité les simulations existantes du projet GeoMIP, et avons identifié une relation statistique émergente entre le refroidissement obtenu dans les simulations de modification du rayonnement solaire, et le refroidissement induit par les éruptions volcaniques majeures dans les simulations historiques. Sur la base de plusieurs jeux d'observations, nous avons évalué la réponse des modèles aux éruptions et ainsi contraint la réponse à la modification du rayonnement solaire, réduisant son efficacité potentielle de 20% et l'incertitude associée de 40%. Par la suite, nous nous sommes intéressés à la réponse du cycle du carbone et avons montré que les changements climatiques induits par cette forme de géo-ingénierie tendent à stimuler les puits de carbone continentaux et océaniques. Nous avons cependant pointé l'incertitude qui entoure les processus responsables de cette augmentation, et également la réversibilité du cycle du carbone en cas d'arrêt de la géo-ingénierie. Malgré le renforcement des puits naturels de carbone, ce dernier résultat confirme que cette forme de géo-ingénierie ne peut être considérée comme une technique d'atténuation du fait de la non pérennité du stockage additionnel des émissions anthropiques de carbone dans les réservoirs océanique et terrestre. Enfin, nous nous sommes intéressés à d'autres sources d'incertitudes, liées au choix du protocole expérimental ou du modèle mis en oeuvre. Nous avons en particulier mis en lumière l’influence potentielle de la stratosphère et de son couplage avec la circulation troposphérique sur la réponse régionale des modèles à nos latitudes. / The IPCC Special Report (SR1.5) published in October 2018 is unequivocal. Global warming reached 1°C above preindustrial level in 2017 and atmospheric concentrations of CO2 passed 400 parts per million. Human activities have already substantially altered the Earth's climate. The assessment of low emission scenarios that limit global warming to 2°C above preindustrial levels shows that we are now facing an unprecedented scientific, technological and civilizational challenge, and stipulates that each year lost for mitigation makes the prospect of a real climate "disaster" a little more plausible. In this alarming context, solar radiation modification techniques are increasingly studied as a short-term alternative in order to limit the impacts of dangerous global warming, before the implementation and/or feasibility of sufficiently effective mitigation techniques. Earth System Models remain the only tool to investigate the extent to which these techniques could be used to counteract global warming. The main purpose of this thesis is to quantify and narrow uncertainties in model response to geoengineering simulations such as solar radiation modification, with special attention to side-effects on water and carbon cycles. First, we have used available simulations from GeoMIP, and identified an emerging statistical link between the cooling obtained in solar radiation management simulations, and the cooling induced by major volcanic eruptions in the historical simulations. Using several observational datasets, we have evaluated the model response to volcanic eruptions and, thereby, constrained the response to this geoengineering technique, reducing its potential cooling efficiency by 20%, and the associated uncertainty by 40%. Subsequently, we have focused on the carbon cycle response and have shown that climatic changes induced by this form of geoengineering tends to stimulate continental and oceanic carbon sinks. However, we have pointed out the uncertainty surrounding the processes responsible for this increase, and also the reversibility of the carbon cycle in case of stopping geoengineering. Despite the enhancement of the natural carbon sinks, this last result confirms that this form of geoengineering cannot be considered as a mitigation technique because of the unsustainability of the additional storage of anthropogenic carbon emissions into ocean and terrestrial reservoirs. Finally, we have looked at other sources of uncertainty related to the choice of the implemented experiment design or model. We have in particular highlighted the potentiel influence of the stratosphere and its coupling with the tropospheric dynamics on the regional response in the northern midlatitudes.