Bien que le feu soit reconnu comme un facteur d’influence dans la dynamique de végétation des savanes, son rôle n’est pas clairement défini. Cette thèse aborde le problème de l’étude de la relation entre l’usage des feux et la dynamique de végétation. L’approche choisie repose sur l’analyse de séries temporelles d’images de télédétection à moyenne résolution spatiale. Les savanes étudiées sont situées sur le bassin versant de Marovoay au nord-ouest de Madagascar. Dans la mesure où il n’existe pas de consensus quant aux méthodes à utiliser, les savanes de Madagascar offrent un contexte particulier, en raison de la dégradation très prononcée du couvert végétal et des changements recherchés, pour tester les méthodes existantes et en proposer des nouvelles. Le premier objectif de ce travail est d’identifier le régime des feux à travers le suivi des variations spatio-temporelles des surfaces brûlées en milieu de savane. Pour cela, une méthode de cartographie des surfaces brûlées a été développée : elle est basée sur le calcul d’un indicateur annuel indiquant le passage d’un feu pendant la saison sèche et d’un indicateur saisonnier traduisant la période de passage du feu. Cette méthode, appliquée au site d’étude, a permis de produire une série temporelle de données utilisées pour caractériser le régime des feux à partir de deux paramètres, la période d’occurrence et la fréquence de passage du feu. En parallèle, le deuxième objectif consiste à caractériser la dynamique de végétation par l’analyse des variations spatio-temporelles de l’activité végétale. Deux approches de détection des changements, basées sur le traitement de série temporelle de NDVI, ont été testées. La première repose sur l’analyse des variations inter annuelles d’un indicateur phénologique traduisant l’activité végétale pendant la phase de croissance des savanes. La deuxième utilise une technique de décomposition temporelle pour extraire la tendance d’une série de NDVI. Dans les deux cas, les résultats ont permis de caractériser la dynamique de végétation à travers trois classes d’évolution de l’activité végétale (séries progressive, régressive ou stable). Ces résultats ont été évalués par comparaison avec ceux issus de techniques de détection des changements basées sur l’analyse diachronique d’images à haute résolution spatiale. Enfin, dans la dernière étape du travail, nous avons étudié les relations entre les informations relatives aux régimes des feux et à la dynamique de végétation en utilisant des modèles de régression multivariée. L’objectif est d’estimer l’importance et le rôle du feu dans la dynamique de végétation. Les résultats ont amené à trois conclusions : a) Le feu est un facteur de maintien des savanes ; b) Dans les situations où la pression liée aux activités anthropiques est faible, le feu, en particulier par la fréquence de son usage, est un facteur déterminant de la dynamique de végétation ; c) Dans les autres situations, l’interprétation des résultats est complexe et difficile, très certainement en raison de l’interaction de multiples facteurs anthropiques. / Fire is recognized to be an essential factor that explains savanna vegetation dynamics. But its role is not clearly defined. This work investigates the problem of studying the relation between fire usage and vegetation dynamic. This is addressed through the analysis of time series of medium spatial resolution remotely sensed images. We studied the savanna localized on the Marovoay watershed, on the northwest part of Madagascar. As no consensus exists on the adapted methods, the savanna of Madagascar offers a particular context to test existing methods or develop new ones, because of the advanced vegetation cover degradation and the nature of change to be detected. The first objective of this work is to identify fire regime by analyzing the spatio-temporal variations of burned areas in savanna areas. To this end, a burned area mapping method was developed. It is based on the definition of an annual indicator, which indicates the occurrence of a fire during the dry season, and a seasonal indicator, which gives the information on the date of the fire event. Applied to the study site, this method has lead to the production of a time series of data used for the characterization of the fire regime through two parameters, the period of occurrence and the frequency of fire. In parallel, the second objective consists on characterizing vegetation dynamic by monitoring spatiotemporal variations of vegetation activity. Two change detection approaches based on NDVI time series, were tested. The first consists on analyzing the inter annual variations of a phenological indicator related to vegetation activity during the active growth season. The second uses a temporal decomposition technique to extract the trend from an NDVI time series. In both cases, the vegetation dynamic is characterized through three classes linked to the evolution of the vegetation activity (progressive, regressive or stable series). Results were evaluated by a comparison with the results obtained from a diachronic change detection technique based of high spatial resolution images. Finally, in the last part of this work, we investigated the relation between fire regimes and vegetation activity change classes using multivariate regression models. The objective is to analyze to determine the importance and the role of fire into the vegetation dynamic. Results leaded to three conclusions: a) Fire is a factor that maintains savanna; b) In areas where pressure due to anthropogenic activities is low, fire frequency represents a determinant factor to explain vegetation dynamic; c) In others areas, the interpretation of results appears to be complex and difficult, probably because of the high level of interactions between multiple environmental factors.

Dans le contexte d'augmentation de la pression démographique et des risques liés aux changements climatiques, la question de l'érosion est de plus en plus cruciale. La gestion actuelle des milieux des montagnes méditerranéennes, particulièrement affectés par ces phénomènes, repose sur une bonne connaissance de leurs sensibilités à l'érosion et de leurs trajectoires à long terme. Une approche rétrospective des trajectoires des environnements a été menée par l'étude de trois archives sédimentaires lacustres prélevées dans les Alpes du Sud (lacs Petit, Vens et Allos). L'étude multidisciplinaire (sédimentologie, géochimie, palynologie) a permis de caractériser les dynamiques érosives et végétales depuis 14000 ans. À Allos et Vens, le début de l'Holocène est marqué par la maturation des écosystèmes, l'altération chimique des sols et la progression altitudinale des forêts. Ces dynamiques environnementales conduisent à la stabilisation progressive des écosystèmes, suivie d'un optimum bio-pédologique, d'une ouverture des paysages et d'une déstabilisation des sols respectivement datées de 12000-8000 cal. BP, 8000-6000 cal. BP, 6000-1900 cal. BP et de 1900 cal.BP à aujourd'hui. Cette dernière période de déstabilisation des sols intervient plus tôt au Lac Petit, à 4200 cal. BP.Les dénominateurs communs au déclenchement de l'érosion sont à chaque fois une période de précipitations fréquentes sur un milieu fragilisé : l'impact des sociétés a provoqué un abaissement du seuil de sensibilité des milieux aux perturbations, particulièrement à l'agressivité des précipitations. / Within the context of increasing demographic pressures and hazards related to climate change, the problems posed by landscape erosion have become particularly crucial. The current management of Mediterranean mountain environments, which are highly exposed to erosion hazards, needs to be supported by a thorough understanding of their susceptibility to these hazards and their long-term trajectories.A retrospective analysis of environmental trajectories has been conducted from the study of three lacustrine sedimentary archives in the Southern Alps (Lakes Petit, Vens and Allos). This multi-disciplinary study, based on sedimentology, geochemistry and palynology, has enabled characterization of the dynamics of erosion and changes in plant cover over the last 14,000 years.In Lakes Allos and Vens, the start of the Holocene is marked by the maturing of ecosystems, by chemical weathering of soils and by forest encroachment at higher altitudes. These environmental changes resulted in progressive ecosystem stabilization, followed by a bio-pedological optimum, and subsequently by more open landscapes, and then soil destabilization. These four successive phases have ben dated, respectively, at 12,000-8000 cal. BP, 8000-6000 cal. BP, 6000-1900 cal. BP, and 1900 cal. BP to Present. The last of these phases occurred earlier, at 4200 cal. BP, in Lake Petit.The triggering of soil erosion has systematically been hinged on periods of heavy precipitation affecting landscapes rendered vulnerable, by human societies, to the effects of such perturbations.

Le pollen conservé dans les sédiments lacustres constitue un indicateur essentiel pour reconstruire l'évolution de la végétation et du climat passés sur les continents. Actuellement, les reconstructions climatiques se basent sur des modèles statistiques décrivant le lien climat-pollen. Ces modèles posent des problèmes méthodologiques car ils sont tous basés sur l'hypothèse que la relation pollen-climat est constante au cours du temps, impliquant que les paramètres non climatiques déterminant cette relation aient une influence faible. Cela est contredit par les développements récents en écologie et en écophysiologie. C'est pourquoi, dans ce travail, nous développons une approche intégrant un modèle dynamique de végétation et les processus majeurs liant la végétation au pollen capté par les lacs. Le cadre bayésien fournit une base théorique ainsi que les outils pour inférer les paramètres des modèles et le climat passé. Nous utilisons ces nouveaux modèles pour reconstruire le climat de l'Holocène en différents sites européens. Cette approche qui permettra des reconstructions spatio-temporelles requiert encore des développements autour de l'inférence de modèles semi-mécanistes.

L’évolution du climat sur les prochaines dizaines voire centaines d’années pose de nombreuses interrogations, du fait de l’impact de l’homme. Les émissions de gaz à effet de serre depuis le début de l’ère industrielle entrainent une augmentation des températures. Celle-ci est susceptible d’affecter les écosystèmes terrestres, notamment dans les régions boréales où les augmentations de température observées et projetées sont plus importantes. Une évolution de ces écosystèmes peut entrainer des rétroactions sur le climat. Ainsi le phénomène actuel observé de verdissement des régions boréales (ou « Arctic greening ») peut augmenter ce réchauffement via une diminution de l’albédo. Afin de répondre à ces interrogations, des modèles climatiques ont été développés, intégrant des modèles de surface continentale représentant les flux de matière et d’énergie. Le travail effectué dans cette thèse a été mené à partir de l’un d’eux, le modèle de surface continentale ORCHIDEE, qui comprend une description succincte de la végétation boréale. L’objectif de cette thèse était donc l’implémentation puis la modélisation de la végétation boréale.Afin de décrire la végétation présente au niveau des hautes latitudes, i.e. les toundras et les steppes, de nouveaux types de végétation (PFTs) ont été intégrés au modèle à partir des PFTs déjà présents. Tout d’abord, les plantes non vasculaires (NVPs) ont été introduites pour représenter les lichens et les bryophytes, ensuite les buissons pour représenter une strate intermédiaire entre les arbres et les herbacées, et enfin des herbacées C3 boréales pour distinguer la végétation considérée dans les steppes boréales et les prairies tempérées. La description de cette végétation boréale s’est accompagnée de l’intégration de nouveaux processus caractéristiques, allant de l’implémentation d’interactions nouvelles telles que la protection des buissons par la neige en hiver, au simple choix de nouveaux paramètres du PFT, en passant par la modification de processus déjà présents dans le modèle comme la conductance stomatique des NVPs. D’autres processus en lien avec la végétation ont également été mis à jour ou corrigés. Enfin, pour modéliser la dynamique de la végétation boréale, les nouveaux PFTs ont été intégrés à la description initialement présente dans le modèle.Ces modifications ont permis de modéliser la végétation boréale et ses impacts sur les autres variables du système (flux de matière ou d’énergie), soit avec une végétation prescrite (simulations de la période récente), soit avec une végétation dynamique (simulations présentes et futures, à partir des scénarios RCPs 4.5 et 8.5). Les simulations effectuées avec la végétation prescrite montrent que l’on représente mieux le comportement de la végétation avec les nouveaux PFTs. Avec les PFTs originaux la productivité et la biomasse étaient surestimées dans les régions boréales et entrainaient une sous-estimation de l’albédo et une surestimation de la transpiration. Les simulations avec une végétation dynamique ont démontré la capacité du modèle à représenter avec la nouvelle végétation boréale les biomes actuels ainsi que l’« Arctic greening ». Par contre, l’embuissonement observé dans plusieurs études n’a pas été reproduit. Globalement l’introduction des PFTs boréaux s’est traduite par une meilleure description des écosystèmes arctiques et des échanges d’énergie et de matière avec l’atmosphère. Par contre, la protection du pergélisol par les NVPs n’a pas été aussi importante qu’attendu et a été compensée par une augmentation de l’humidité du sol.L’introduction de la nouvelle végétation boréale dans le modèle ORCHIDEE semble donc pertinente et met en évidence l’importance de la représentation de ces écosystèmes. Ce travail ouvre donc des perspectives pour améliorer les simulations climatiques, tant futures que passées. Comme la modélisation de la végétation depuis l’Holocène afin de simuler la quantité de carbone contenu aujourd’hui dans le pergélisol. / Climate evolution over the next ten to hundred years involves many questions, linked to the impact of man. Indeed, greenhouse gases emissions since the beginning of the industrial era lead to an increase in temperature. The latter can affect terrestrial ecosystems, particularly in boreal regions where observed and projected temperature increase is larger than in mid-latitudes. Evolution of these ecosystems can trigger climate feedbacks. For example, the currently observed « Arctic greening » phenomenon could enhance the warming via a decrease in albedo due to the increase in vegetation cover. In order to address these questions, climate models were developped, including continental surface models taking into account the fluxes of mass and energy. In this thesis, such a model was used, the continental surface scheme ORCHIDEE, which includes a succinct description of boreal vegetation. The aim of this work was thus the implementation and the modeling of boreal vegetation.In order to describe high-latitude vegetation, i.e. toundras and steppes, new plant functional types (PFTs) were integrated into the model based on existing PFTs. First, non-vascular plants (NVPs) were integrated to represent lichens and bryophytes found in desert toundras and peatlands, then shrubs to represent an intermediate stratum between trees and grasses in toundras, and finally boreal C3 grasses to distinguish vegetation found in boreal steppes and temperate grasslands. The description of this boreal vegetation was accompanied by the integration of new charachteristic processes, from the implementation of new interactions such as the protection of shrubs by snow in winter, to the simple choice of new PFT parameters such as the lower photosynthetic capacity of boreal C3 grasses compared to temperate C3 grasses, through the modification of existing processes such as the stomatal conductance of NVPs. Other processes linked to vegetation were also updated or corrected. Finally, to model the dynamics of boreal vegetation, new PFTs were integrated into the initial description in the model.Those changes enabled the modeling of boreal vegetation and its impact on other variables (mass or energy fluxes), either using a prescribed vegetation (simulations on the recent period), or using a dynamical vegetation (recent and future simulations using RCPs 4.5 and 8.5). Simulations using the prescribed vegetation indicated that vegetation behaviour is better represented with the new PFTs. With original PFTs, productivity and biomass were overestimated in boreal regions, and lead to an underestimation of albedo and an overestimation of transpiration. Simulations using a dynamical vegetation demonstrated the ability of the model, using the new boreal vegetation, to represent current-day biomes as well as « Arctic greening ». However, the shrubification observed in several studies was not reproduced. Similarly, the impact of new PFTs on other model outputs is important, with for example a decrease in productivity or albedo in winter compared to the original vegetation. Thus, the introduction of boreal PFTs generally resulted in a better description of Arctic ecosystems and of the exchanges of energy and mass with the atmosphere. On the other hand, the protection of permafrost by NVPs was not as substantial as expected and was compensated by an increase in soil humidity (due to shrubs and boreal grasses).The introduction of the new boreal vegetation in the ORCHIDEE model thus seems relevant, and highlights the importance of representing these ecosystems. This work opens up new perspectives to improve future and past climate simulations. The next step consists in modeling vegetation since the Holocene into the future in order to simulate the current amounts of carbone in the permafrost, and to project the outcome of these stocks in the context of climate change and permafrost melt.

No description available.

La région liguro-provençale s’étend des Apennins septentrionaux à la moyenne vallée du Rhône et des Alpes du Sud à la Méditerranée. Dans cette zone, l’avènement puis le développement des économies de subsistance basées sur l’agriculture et l’élevage, à partir du début du VIe millénaire av. n. è., a conduit à la modification à la fois du couvert forestier préexistant et de la relation entre les sociétés et le milieu qu’elles exploitent. Dans ce travail, nous précisons les modalités de ces évolutions par l’analyse anthracologique de six sites archéologiques bien documentés, occupés (de manière générale) entre la fin du Mésolithique (Castelnovien) et le Néolithique final, c’est à dire de ca 6500 à 2000 av. n. è. : la Font-aux-Pigeons (Châteauneuf-les-Martigues, 13), l’abri Pendimoun (Castellar, 06), « RD 560/RD 28 déviation de St-Maximin » et « le Clos de Roques/Route de Barjols » (Saint-Maximin-la-Sainte-Baume, 83), la Grotte de Pertus II (Méailles, 04), Ponteau (Martigues, 13) et le Limon-Raspail (Bédoin, 84). Ils sont localisés dans des contextes environnementaux variés, du littoral jusqu’à 1000 m d’altitude dans l’arrière-pays, et documentent des occupations ponctuelles à sub-permanentes. Les résultats obtenus sont venus combler des lacunes chronologiques, géographiques et sitologiques qui existaient jusque-là. Ainsi, ils permettent, par l’analyse d’un large corpus intégrant des données anthracologiques préexistantes et polliniques (78 séquences botaniques, en contexte archéologique ou naturel, ont été considérées au total), de proposer des scénarios nuancés de l’évolution des paysages et des pratiques à l’échelle de la région liguro-provençale.Si les dynamiques de végétation semblent relativement similaires et synchrones de part et d’autre de cette région, leur traduction en termes de paysages est beaucoup plus variable. Au Castelnovien et à l’Impressa (6500-5600/5400 av. n. è.), notre approche révèle la prépondérance des taxons forestiers comme les chênes caducifoliés (Quercus f.c.), l’orme (Ulmus sp.), le tilleul (Tilia sp.) et l’expansion du sapin (Abies sp.), ce qui appuie l’importance de futaies denses, diversifiées et sub-matures, sur un large gradient altitudinal. Dans les basses terres et en altitude, préexistent des milieux ouverts (respectivement à sclérophylles et à conifères héliophiles). Ces milieux semblent plus attractifs en tant que lieux d’implantation que les formations à sapins, peut-être car ils sont plus propices aux activités de subsistance de chaque groupe (chasse, pastoralisme, agriculture). À partir de la seconde moitié du VIe mill. av. n. è., des étages méditerranéens aux étages alpins, l’augmentation discrète des végétaux les plus compétitifs en contexte d’ouverture du milieu et le recul des taxons qui y sont plus sensibles renvoient aux premières atteintes anthropiques du couvert forestier. Puis, cette tendance se renforce, les futaies s’ouvrent et sont remplacées par des formations de dégradation, plutôt en taillis. Ce processus se déroule sur fond de diversification de l’exploitation du territoire et de ses ressources ligneuses, des basses terres jusqu’aux très hautes terres. Cependant, malgré le parallèle entre le développement des systèmes agro-sylvo-pastoraux et l’augmentation de l’anthropisation du milieu et de son exploitation étagée, des séquences anthracologiques attestent du maintien des chênaies caducifoliées dans l’arrière-pays, jusqu’au Néolithique final, par exemple au Limon-Raspail et à Saint-Maximin-la-Sainte-Baume. Ainsi, au fil du Néolithique, l’ouverture anthropique du milieu se déploie probablement sous forme d’éclaircies, de plus en plus répandues mais qui demeurent localisées. Ces évolutions du couvert forestier, caractérisées, d’une part, par un recul des formations forestières et une baisse de leur diversité et, d’autre part, par l’essor des taxons de milieux ouverts, soulignent la contribution des pratiques néolithiques à la genèse du paysage végétal actuel. / The Liguro-Provençal region extends from the Northern Apennines to the Rhone River and from the Southern Alps to the Mediterranean Sea. In this region, the emergence and the development of agro-pastoral subsistence economies, at the beginning of the VIth mill. BCE, led to changes in pre-existing forest cover and in interactions between societies and the landscapes they exploited. This work specifies the modalities of these transformations through charcoal analyses of remains from 6 well-documented archaeological sites that were occupied from the end of the Mesolithic (Castelnovian) to the late Neolithic (6500-2000 cal. BCE), including la Font-aux-Pigeons (Châteauneuf-les-Martigues, Bouches-du-Rhône), l’abri Pendimoun (Castellar, Alpes-Maritimes), « RD 560/RD 28 déviation de St-Maximin » and « le Clos de Roques/Route de Barjols » (Saint-Maximin-la-Sainte-Baume, Var), la Grotte de Pertus II (Méailles, Alpes-de-Haute-Provence), Ponteau (Martigues, Bouches-du-Rhône) and Limon-Raspail (Bédoin, Vaucluse). These sites occupied a variety of environments ranging from the coast to regions reaching 1000 m a.s.l, and include occupations that were temporary to sub-permanent. As a result, this research has filled previously existing chronological, geographical and settlement pattern lacunae. Examination of a broad corpus of charcoal and pollen data (78 botanical sequences from archaeological and natural contexts) permits us to propose nuanced scenarios on landscape evolution and its relation to practices carried out across the Liguro-Provençal region.While vegetation dynamics seem relatively synchronous across this zone, their translation in terms of landscape is more variable. During the Castelnovian and Impressa (6500-5600/5400 cal. BCE) periods, our study reveals the predominance of forest taxa such as deciduous oak (Quercus deciduous), elm (Ulmus sp.), lime (Tilia sp.) and the expansion of fir (Abies sp.), which supports the importance of dense, diversified and sub-mature forests, on a broad altitudinal gradient. Open landscapes (evergreen taxa and light-demanding conifers) also prevailed in the lowlands and at high altitudes. These open landscapes appear to have been more attractive for settlement than fir forests, maybe because they are more favourable for the main subsistence activities of both groups (hunting, farming, pastoralism). From the mediterranean to alpine stages, there was a discreet rise in plant-types that are more competitive to the opening up of the canopy, and a decrease of taxa that are more sensitive to open conditions as a response to the first anthropogenic disturbances of the forest cover, from as early as the second half of the VIth mill. BCE. This trend increased with time as forests opened up and were replaced by more disturbance-adapted formations that grew in the form of coppices. This process unfolded in parallel with the diversification of territorial exploitation (lowland to upland) and of its woody resources. However, despite concordance between the development of the staged exploitation of the environment and anthropogenic pressures related to the expansion of agro-pastoral systems, the maintenance of deciduous oak forests in the hinterland is attested by charcoal sequences from sites such as Limon-Raspail and Saint-Maximin-la-Sainte-Baume until the late Neolithic. Thus, over the course of the Neolithic, the anthropogenic opening of the forest cover probably unfolded in the form of increasingly widespread thinning but which remained limited in space. These landscape transformations are characterized by a decline of forest cover and by a decrease of their diversity on the one hand, and by the rise and the diversification of taxa related to open landscapes on the other hand, highlighting the contribution of Neolithic practices to the genesis of the current vegetal landscape.