En région tempérée, les cartes historiques ont permis de démontrer que l’ancienneté des forêts conditionne les caractéristiques des sols et la présence de certaines espèces végétales. En revanche, peu d’études ont été réalisées pour tester ces différences en région méditerranéenne. L'objectif général de la thèse est d’analyser les déterminants du changement du couvert forestier et l’effet de la continuité temporelle et des usages passés sur les sols et la flore des forêts actuelles en région méditerranéenne. Ce travail prend place au sein du territoire du Parc Naturel Régional du Luberon. Le premier volet identifie les déterminants de la distribution des usages et de la reconquête forestière, à partir de données cartographiques de 1860, 1958 et 2010. Il apparaît notamment que les forêts se sont maintenues sur les terres les moins productives et que la reconquête forestière s’est faite sur des sols peu productifs, et à proximité des forêts préexistantes. Le second volet explore l’effet de la continuité temporelle et des usages passés des forêts sur leurs caractéristiques écologiques, à partir de relevés floristiques et pédologiques. Les forêts anciennes et récentes se répartissent selon la productivité des sols et accueillent des espèces qui se distinguent par leurs traits et leurs exigences écologiques, avec notamment des espèces spécialistes forestières, phanérophytes et endozoochores plus fréquentes en forêt ancienne. Si ce travail s’appuie sur la carte d’État-Major, il s’avère que l’écologie historique des forêts méditerranéennes nécessite également des approches in situ afin d’appréhender la complexité des usages anciens du paysage. / In temperate regions, historical maps have demonstrated that forest ancientness determines soil properties and the presence of some plant species. However, those differences were rarely analysed in the Mediterranean region. The main objectives of this PhD thesis are to analyse the drivers of forest cover change and the effect of temporal continuity and past land uses on forest soils and understory vegetation in the Mediterranean region. This work relies on the territory of the Regional Natural Park of Luberon. The first part consists of identifying biophysical and socioeconomic drivers of land use and forest recovery spatial distribution, based on the comparison of 1860, 1958 and 2010 land uses. Forest maintained on the least productive land while forest recovery occurred on soils with low productivity, and close to pre-existing forests. The second part investigates the effect of forest temporal continuity and past land uses on their ecological characteristics, based on floristic and pedological data. Ancient and recent forests are distributed according to soil productivity and host species of differing traits and ecological preferences. Notably, species significantly preferring ancient forests are true forest species, phanerophytes and endozoochores. If this work relies on the État-Major map, it turns out that the historical ecology of Mediterranean forests requires complementary in situ approaches in order to fully understand the complexity of past landscape uses.

La végétation herbacée est un bon indicateur des conditions environnementales, et elle a pour cela été utilisée pour la mise en évidence des changements environnementaux causés par les actions humaines, tels qu'eutrophisation, dépôts atmosphériques acides, changements de l’usage des sols ou de la pression d'herbivorie. Depuis peu, on s’intéresse à la réponse de la végétation aux changements climatiques. Le choix des zones d'étude se porte naturellement sur la montagne, où le gradient thermique induit par le relief y est fort (-0,56°C pour 100 mètres d'altitude), et où l'urbanisation et la pression agricole sont moindres par rapport aux zones de plaine, favorisant ainsi une réponse migratoire des espèces précoce et non biaisée. Afin de s'affranchir des effets potentiels des changements d'usage du sol, une partie de cette thèse est consacrée aux milieux forestiers dans lesquels l'effet du pastoralisme est réduit. Par ailleurs, une méthode basée sur la modélisation des changements de la réponse de la végétation au gradient d'altitude est développée, permettant ainsi d'étendre l'utilisation de données anciennes à des séries de relevés non géolocalisés. En s'appuyant sur cette méthode, deux caractéristiques de la végétation ont été analysées : la position de l'optimum d'espèces prises individuellement d'une part, et les changements de la valeur indicatrice des communautés végétales d'autre part. Par ailleurs, on a étudié les déplacements à long terme de la limite inférieure des espèces, pour tester la réponse des espèces en limite inférieure de leur distribution. Enfin, on a étudié l'évolution de la flore d'une zone très localisée, protégée par une large barrière physique constituée de deux glaciers permettant de s'affranchir des effets potentiels d'autres perturbations anthropiques concomitantes. Chacun des cas étudiés montre une remontée des espèces en altitude. Cependant, d'autres phénomènes expliquant la réponse de la végétation sont clairement mis en cause : fermeture et maturation du couvert forestier, eutrophisation importante, probable fragmentation de l'habitat ou dispersion par les randonneurs. Ces perturbations anthropiques directes jouent à des échelles de temps et d'espace comparables à l'effet anthropique indirect du changement climatique. Il est donc primordial de les prendre en compte dans les changements de végétation observés, avant de conclure à un effet du réchauffement climatique seul / Herbaceous vegetation is a good bio-indicator of environmental conditions, and was often used to detect and to put in evidence environmental changes caused by anthropogenic activities, like eutrophication, acid atmospheric deposit, land-use change and herbivory pressure. More recently, the interest had focused on the response of vegetation to climatic change. Mountains were naturally chosen as study areas, since the thermal gradient induced by the relief is strong (-0.56°C for 100m a.s.l.) and urbanisation and agricultural pressure are weaker than in lowlands, thus promoting early and unbiased migratory response of species. To free oneself from potential effects of land use change, a part of this PhD is devoted to mountain forest habitat, where pastoralism effects are reduced. Moreover, a method is developed, based on the modelling of changes in vegetation response to elevation gradient, allowing extending the use of historical data to non-geolocalized dataset. With this method, two characteristics of vegetation were analysed: the optimum position of individual species on the one hand, and changes in the indicator value of plant communities on the other. Furthermore, the long-term shift of species’ lower limit is studied, to test the species response at their lower limit. The last part focuses on changes in the flora of a really localised area, protected by a broad physical barrier formed by two glaciers, allowing to free from potential effects of other parallel anthropogenic disturbances. Every studied case shows a shift of species toward higher elevations. However, other phenomena explaining vegetation response became also evident in our study: forest closure and maturation, important eutrophication, probable habitat fragmentation and dispersal by hikers. Those direct anthropogenic disturbances play a role comparable in space and time to the indirect anthropogenic impact of climate change. Thus, it is essential to consider them in the observation of vegetation changes, before assigning the effects to climate warming only

La végétation herbacée est un bon indicateur des conditions environnementales. Pour cette raison, elle a souvent été utilisée pour mettre en évidence les changements environnementaux causés par les actions humaines, tels qu'eutrophisation, dépôts atmosphériques acides, changements de l'usage des sols ou de la pression d'herbivorie. Depuis peu, on s'intéresse aux effets des changements climatiques sur les écosystèmes en général, et sur la végétation en particulier. Le choix des zones d'étude s'est naturellement porté sur la montagne, car le gradient thermique induit par le relief (-0,56°C pour 100 mètres d'altitude) y est mille fois plus élevé qu'en plaine le long du gradient latitudinal. D'autre part, les zones de montagne sont soumises à une urbanisation et une pression agricole moindre qu'en plaine, limitant ainsi les obstacles à la migration des espèces. Ces deux arguments font des régions de montagne une zone privilégiée pour l'étude de la réponse migratoire précoce de la végétation aux changements climatiques. Jusqu'ici, les études effectuées se sont focalisées pour la plupart sur la limite supérieure des espèces, ou sur de petites zones géographiques, ou bien encore sur des zones où il est difficile de dissocier les effets du réchauffement de ceux des changements d'usage des sols, qui se produisent eux aussi à grande échelle. Une partie de cette thèse est consacrée aux milieux forestiers montagnards, dans lesquels l'effet du pastoralisme est réduit. D'autre part, une méthode basée sur la modélisation des changements de la réponse de la végétation au gradient d'altitude est développée, permettant le rééchantillonnage sur placettes non-permanentes, et ainsi d'étendre l'utilisation de données anciennes à des séries de relevés non géolocalisés. En s'appuyant sur cette méthode, deux caractéristiques de la végétation ont été analysées : la position de l'optimum d'espèces prises individuellement d'une part (données de l'Inventaire Forestier National dans les montagnes méditerranéennes du sud-est de la France), et les changements de la valeur indicatrice des communautés végétales d'autre part (vallée de la Maurienne, France). Par ailleurs, on a étudié les déplacements à long terme de la limite inférieure des espèces dans la vallée de la Bernina (Suisse), pour tester si la réponse des espèces en limite inférieure, peu étudiée jusque là, est identique à celle en limite supérieure de leur distribution. Enfin, on a étudié l'évolution de la flore d'une zone très localisée, mais par ailleurs protégée des migrations d'espèces par une large barrière physique constituée par deux glaciers (Nunatak Isla Persa, Bernina, Suisse) permettant de s'affranchir totalement des effets potentiels d'autres perturbations anthropiques concomitantes. Dans ces différentes études, les intervalles de temps entre chaque inventaire ou échantillonnage varient de 14 ans à un siècle. Chacun des cas étudiés montre une remontée des espèces en altitude : remontée moyenne de +12,6 m/décennie des optimums de 175 espèces forestières dans les montagnes méditerranéennes, communautés des forêts de Maurienne évoluant vers une végétation plus thermophile à une altitude donnée équivalent à une remontée moyenne de +29.6m/décennie, retrait de la limite inférieure des espèces en Bernina de +5,6 m/décennie, arrivée d'espèce d'étages inférieurs sur le nunatak Isla Persa. Mais d'autres phénomènes expliquant la réponse observée de la végétation sont clairement mis en cause dans cette étude : fermeture et maturation du couvert forestier relativement plus importante à basse altitude dans les montagnes méditerranéennes, eutrophisation importante de la végétation en vallée de la Maurienne probablement due à l'augmentation du trafic routier, probable fragmentation de l'habitat ou dispersion par les randonneurs en Bernina. Ces perturbations anthropiques directes jouent à des échelles de temps et d'espace comparables à l'effet anthropique indirect du changement climatique. Il est donc primordial de les prendre en compte dans les changements de végétation observés, avant de conclure à un effet du réchauffement climatique seul.