Il est généralement admis que la végétation peut stabiliser les pentes naturelles et artificielles contre les glissements de terrain superficiel. Par rapport au rôle mécanique, les racines renforcent le sol d'une pente en fournissant une cohésion additionnelle (cr). La quantification des cr est une étape essentielle pour évaluer la stabilité des pentes, quantifiée par le facteur de sécurité (FoS, défini par le ratio entre les forces de la résistance et les forces motrices sur une pente). La plupart des modèles prédictifs de cr existants ne prennent pas en compte la dynamique racinaire à l'échelle spatiale et temporelle qui peut conduire à une hétérogénéité de renforcement des racines. Ainsi, cette thèse vise à caractériser, quantifier et modéliser la répartition spatiale et temporelle de la dynamique racinaire ainsi que son impact sur la cr estimée. La distribution, croissance et mortalité racinaire ont été échantillonnées à l'aide de monolithes et de rhizotrons à deux altitudes dans des forêts mixtes et naturellement régénérées dans les Alpes françaises, composées d'îlots et de trouées. Avec les méthodes de modélisation statistique, une série de facteurs abiotiques et biotiques affectant la dynamique racinaire ont été étudiés. Pour quantifier les cr, une méta-analyse a été effectuée et les divers algorithmes de modélisation ont été employés et leurs résultats comparés. Cette étude a montré que: (i) dans un écosystème à espèces mixtes, la densité racinaire influence davantage les cr que les propriétés de la qualité racinaire; (ii) tous les facteurs abiotiques (altitude, paysage écologique, profondeur du sol et mois) peuvent faire varier la densité racinaire selon des conditions différentes du sol ; (iii) lors de l'observation de 1,5 ans à l'aide de rhizotrons, le cr augmente continuellement, rapidement dans la saison active et lentement pendant la saison dormante, mais cette augmentation est dépendante de la profondeur du sol, de l'altitude et du patch écologique ; (iv) malgré le fait que les racines les plus fines (]0, 1] mm en diamètre) soient les plus actives dans le cycle de nutritions et de carbone (selon des publications précédentes), elles contribuent peu au renforcement mécanique de terrain. Cette étude a permis d'élargir et d'approfondir nos connaissances sur le rôle des racines dans l'éco-ingénierie. / It is largely recognized that vegetation can stabilize artificial and natural slopes against shallow landslides. Mechanically, plant roots reinforce soil on a slope by providing an additional cohesion (cr). Quantification of cr is a key step to estimate the stability of a given slope, usually quantified by the Factor of Safety (FoS, defined as the ratio between resisting forces and the driving forces on a slope). Most existing cr predictive models do not take into consideration spatial and temporal root dynamics which result in heterogeneous root reinforcement along a vegetated slope. Therefore, this thesis aims to characterize, quantify and model the spatial and temporal patterns in root dynamics and their impact on the estimation of cr. Root distribution, growth and mortality were measured using monoliths and rhizotrons installed at two altitudes in naturally regenerated mixed forests in the French Alps. These forests are composed of trees growing in groups (tree islands) with large gaps between the islands. Using statistical modeling approaches, abiotic and biotic factors affecting root dynamics were investigated. For quantifying cr, a meta-analysis was performed and different modeling algorithms were employed and results compared. Based on these studies, the following conclusions were made: (i) in a mixed, mature forest ecosystem root density influenced cr more than root mechanical properties; (ii) all abiotic factors (altitude, type of vegetation patch, soil depth and month) significantly affected root quantity to different degrees, depending on soil conditions; (iii) during the 1.5 years' observations in rhizotron, cr increased rapidly during the growing season and more slowly in the dormant season but the increment increase was largely dependent on soil depth, altitude and vegetation patch. (iv) The finest roots (]0, 1] mm in diameter), which are considered the most important for nutrient and carbon cycling, contributed little to mechanical reinforcement of the soil. Results are discussed with regard to ecological engineering strategies for unstable slopes.

Le système racinaire, lien essentiel entre la plante et le sol quoi qu'essentiellement invisible, reste encore aujourd'hui peu étudié dans son ensemble. Les plantes étant ancrées au sol via leur système racinaire, leurs facultés d'adaptation et de survie sont donc très dépendantes de leurs capacités à savoir tirer profit de l'espace qui les entoure, notamment par l'intermédiaire de leur système racinaire. Certains arbres font néanmoins partie des plus grands et plus anciens êtres vivants de la planète, preuve s'il en est de leur capacité d'adaptation au milieu dans lequel ils poussent et aux changements environnementaux pouvant survenir dans le temps. Dans le cas des plantations, les contraintes anthropiques imposées se heurtent parfois aux limites de cette formidable capacité d'adaptation. Les travaux développés dans la première partie de cette thèse font l'objet de deux articles publiés et se concentrent sur une revue bibliographique des connaissances sur l'enracinement profond. Le rôle vital du système racinaire pour la plante est ainsi mis en avant ainsi que ses fonctions dans le continuum sol-plante-atmosphère. Son rôle essentiel, souvent sous-estimé dans le stockage du carbone, est également abordé. Les différentes techniques permettant d'accéder aux systèmes racinaires in situ sont passées en revue et nous présentons la technique du puits d'accès que nous avons utilisé pour observer les racines jusqu'à 5 mètres de profondeur. Nous avons également développé nos propres outils de prise de vue par l'intermédiaire de scanner à plat ainsi qu'un outil d'analyse d'images ( IJ_Rizo) aujourd'hui disponible en ligne.Dans la deuxième partie du mémoire, nous nous consacrons à l'étude du système racinaire de l'hévéa adulte (Hevea brasiliensis) dans le nord-est de la Thaïlande. Premier producteur mondial de caoutchouc naturel, la Thaïlande a fortement développé ses plantations d'hévéas allant jusqu'à étendre son exploitation au-delà de sa zone climatique naturelle, dans des zones à fortes contraintes hydriques. Dans ce contexte, nous avons étudié la saisonnalité et la dynamique des racines fines pendant trois ans ainsi que leur contribution au cycle du carbone. Nous avons pu mettre en évidence la continuité de la dynamique racinaire indépendamment des périodes de défoliation mais en lien avec la saisonnalité de la pluviométrie. Nous avons également pu caractériser la faible différenciation de la dynamique racinaire de 0 à 4,5 mètres de profondeur dans un tel contexte. La troisième partie de la thèse concerne l'étude du teck (tectona grandis), espèce endémique d'Asie du Sud-Est, et notamment du Laos dans la région de Luang Prabang. Le développement de sa culture sous forme de plantations mono-spécifiques se poursuit depuis les années 80. En appliquant la technique d'exclusion de pluie pendant 2 ans sur des arbres d'une plantation d'une vingtaine d'années, nous avons observé l'influence du régime de précipitations sur l'enracinement. Un arrêt pratiquement total de croissance des racines en surface et en profondeur a ainsi été mis en évidence. Nous concluons, dans le cas d'espèces à une forte dépendance à la ressource en eau de surface, à un impact direct sur l'état physiologique et une stagnation de la croissance des troncs. Certains individus ont démontré une capacité d'adaptation en modifiant leur cycle de foliation / défoliation accompagné d'une reprise de la croissance des troncs lors de la deuxième année du régime de sécheresse imposé. Nous avons également démontré l'importance de l'enracinement fin pour le stockage du carbone qui, dans ce contexte, représente plus de 45 % du carbone total, soit environ le double des données publiées dans la littérature.Les données obtenues pour les espèces étudiées dans ce mémoire pourront être utilisées pour la modélisation de scenarios simulant le changement climatique et le changement d'usage des terres. / The root system is essential but essentially invisible. Plants are anchored to the soil through their root system; their adaptation and survival abilities are highly dependent on their ability to learn to take advantage of the space that surrounds them. Certain trees are nevertheless some of the largest and oldest living species on the planet- evidence of their ability to adapt to changes in their environment. Within managed anthropogenic constraints, particular species are vulnerable. It is clear that a wide range of parameters are likely to influence the root system and its operation, which offers many entry points to improve our understanding of a root's capacity for expansion, its dynamics, its role within the plant itself and within the soil plant atmosphere continuum. Available data on the extent and dynamics of plant roots includes several thousand references. However, the vast majority of these observations were made within the first meter of the soil profile. Data acquisition for the fine and/or deep roots is currently limited by constraints of time and financial resources. To overcome this lack of information, while trying to assess root dynamics under different environmental conditions, many models have been developed. However, it is still difficult to describe the complexity of root development in the community and to integrate its "plasticity".To understand such a complex environment, we must work toward establishing a definition of objectives and the tools necessary to develop and implement them. The work developed in the first part of this thesis is the subject of two articles and focuses on a literature review about deep roots. The vital role of the root system for the plant is well highlighted, as is its impact as a link within the atmosphere. We discuss the role of deep roots in carbon storage, which is critical and often underestimated. The different techniques for accessing the root systems in situ are also considered, and we present our access technique for observing the roots down to depths of five meters. We have also developed tools for shooting through a flatbed scanner and image analysis ( IJ_Rizo ) now available online.In the second part of the thesis, we focus on the study of root systems of adult rubber trees (Hevea brasiliensis L. RRIM 600) in the northeast of Thailand. Thailand has greatly expanded its acreage to extend its operations beyond its natural climate zone, into areas of high water stress. In this context, we studied the seasonality and dynamics of fine roots for three years and their contribution to the carbon cycle. We were able to highlight the continuity of root dynamics during independent periods of defoliation, yet link these to the seasonality of rainfall. We were also able to characterize the low differentiation of root dynamics at 0 to 4.5 m of depth in this context.The third part of the thesis concerns the study of teak particular to the region of Luang Prabang, Laos. By applying the rain exclusion technique for 2 years on a plantation of twenty-year-old trees, we observed the influence of precipitation patterns. During the period of water stress, an almost total cessation of root growth, at the surface and significant depths, has been highlighted. We conclude that in the case of species with a high dependence on water resources there is a direct impact on the physiological state and stagnated trunk growth. Some individuals have demonstrated an ability to adapt by changing their foliation/defoliation cycle, accompanied by a resumption of trunk growth during the second year of imposed drought. We also demonstrated the importance of rooting as a means of carbon storage, which in this context represents more than 45% of total carbon- roughly double the amount published in other literature .The data obtained for the species studied in this paper can be used for modelling scenarios simulating climate change and changing land use.