Les plantations d’hévéa (Hevea brasiliensis) s’étendent vers des zones non traditionnelles de production en Thaïlande où des conditions plus sèches ont pu conduire à une diminution de la croissance des arbres et de la production de latex. Des paramètres physiologiques utiles pour sélectionner des génotypes adaptés sont nécessaires, comme l’efficience d’utilisation de l’eau (WUE). La discrimination isotopique du carbone est largement utilisée comme proxy pour WUE et peut être aisément utilisée dans des programmes de sélection pour la tolérance à la sécheresse. δ13C des feuilles et les échanges gazeux foliaires ont été mesurés sur de jeunes plants de dix clones d’hévéa cultivés en pot dans une pépinière. La gamme de δ13C des feuilles entre ces dix clones était restreinte et la corrélation entre δ13C et WUEi était significative que sous fort déficit de pression de vapeur saturante, ce qui signifie que la prédiction de WUE par δ13C serait peu précise. Il y avait une large gamme de δ13C entre les génotypes dans une collection de 49 génotypes sauvages d’hévéa cultivés dans le nord-est de la Thaïlande en saison sèche et en saison des pluies. δ13C était relativement stable avec une bonne corrélation entre les saisons. Cette étude montre que la variabilité génétique de δ13C est prometteuse pour des futurs programmes de sélections si une bonne corrélation entre δ13C et WUE peut être établie. L’absence de corrélation entre de δ13C du latex (δ13C-L) et des composés solubles extraits des feuilles (δ13C-S) prélevées sur des arbres saignés et non saignés âgés de 20 ans suggère que photosynthétats récemment produits se mélangent à un stock important d’hydrate de carbone impliqués dans la régénération du latex après la saignée. Donc, δ13C du latex n’est pas un indicateur pertinent de WUE / The rubber (Hevea brasiliensis) plantations extend to non-traditional area in Thailand where dryer conditions has been reported to impair the growth of rubber trees and latex production. Physiological parameters helpful for breeding adapted genotypes are required, such as water use efficiency (WUE). Carbon isotope discrimination is widely used as a proxy for WUE that can easily be used for selection and breeding programs for drought tolerance. Leaf δ13C and leaf gas exchange were measured on young saplings of 10 rubber clones growing in pot in a common garden. The range of leaf δ13C among 10 clones was narrow and the correlation between δ13C and WUEi was significant under high vapour pressure deficit only, which means the prediction of WUE by δ13C would have low precision. There were large δ13C variations among the genotypes at all seasons in a collection of 49 wild genotypes of rubber in Northeastern Thailand. δ13C was rather stable with a good correlation between rainy and dry season. The genetic variability of δ13C is promising for breeding if a good correlation between δ13C of leaf and WUE can be established. The lack of correlation between δ13C of latex (δ13C-L) and of leaf soluble compounds (δ13C-S) collected from tapped and untapped 20 year-old rubber trees suggests that recent photosynthates are mixed in the large pool of stored carbohydrates that are involved in latex regeneration after tapping. Thus δ13C of latex is not a relevant indicator of WUE of rubber trees

L’efficience d’utilisation de l’eau (WUE), rapport entre la biomasse produite et l’eau consommée, est un trait essentiel à étudier en agronomie pour améliorer la production des cultures soumises à la sécheresse. Cependant, mesurer l’eau consommée par un couvert végétal est difficile à réaliser. L’objectif général de ce travail de thèse est de répondre à trois principales questions : (i) peut-on déterminer WUE en utilisant la discrimination isotopique du carbone (CID) facile à mesurer? (ii) comment l’analyse de la variabilité de WUE et CID peut contribuer à sélectionner des génotypes de tournesol soumis à la sécheresse? (iii) et les variations de WUE peuvent-elles être révélées par les variations de relations hydriques? Quatre expériences ont été conduites en serre pendant deux années : (i) avec deux scenario de sécheresse, l’une progressive, l’autre stable, et (ii) avec cinq niveaux de contenu en eau du sol stables. Les principaux traits mesurés sont WUE, CID et d’autres traits représentant les relations hydriques tels que le contrôle de la transpiration (FTSWt), la capacité d’extraction de l’eau (TTSW) et la tolérance à la déshydratation (OA). Une forte corrélation négative a été mise en évidence entre WUE et CID. Une large variabilité a également été observée pour FTSWt, TTSW et OA. Ces résultats permettent de connaitre le contrôle génétique de WUE et CID, ainsi que des traits associés, lesquels n’ont jamais été relatés dans la littérature. De plus, l’analyse QTL pour FTSWt n’a pas non plus été réalisée, chez aucune plante. Des QTL pour WUE et CID ont été identifiés pour différents scenario de sécheresse. Les QTL pour CID sont considérés comme ‘constitutifs’, parce qu’ils sont détectés dans les différents scenarios. Les QTL pour CID co-localisent avec ceux pour WUE, pour la biomasse et pour la transpiration cumulée. Des co-localisations de QTL ont également été observées entre FTSWt et TTSW, entre TTSW et WUE-CID-Biomasse, et entre FTSWt-TTSW et Biomasse. Cette étude met en évidence que WUE est physiologiquement et génétiquement associée à CID. De plus, CID représente un excellent substitue à la mesure de WUE et permet d’améliorer l’efficience d’utilisation de l’eau par sélection assistée par marqueurs. / Water use efficiency (WUE), measured as the ratio of plant biomass to water consumption, is an essential agronomical trait for enhancing crop production under drought. Measuring water consumption is logistically difficult, especially in field conditions. The general objective of the present Thesis is to respond to three main questions: (i) can WUE be determined by using carbon isotope discrimination (CID), easy to measure?, (ii) how WUE and CID variation analysis can contribute to the genotypic selection of sunflower subjected to drought?, and (iii) can WUE variation be revealed by the variation of plant-water relation traits. Four experiments were carried out in greenhouse across two different years: (i) on two drought scenarios, progressive soil drying and stable water-stress, and (ii) on five levels of soil water content. The main traits that have been measured include WUE, CID, as well as plant-water relation traits, i.e. control of transpiration (FTSWt), water extraction capacity (TTSW), and dehydration tolerance (OA). A highly significant negative correlation was observed between WUE and CID, and a wide phenotypic variability was observed for both WUE and CID. A wide variability was also observed for FTSWt, TTSW and OA. The results provide new insight into the genetic control of WUE and CID related-traits, which, unlike to other crops, genetic control of WUE, CID, and TTSW in sunflower have never been reported in the literature. Further, quantitative trait loci (QTL) mapping for FTSWt was never reported in any plant species. The QTL for WUE and CID were identified across different drought scenarios. The QTL for CID is considered as a ‘‘constitutive’’ QTL, because it is consistently detected across different drought scenarios. The QTL for CID co-localized with the QTL for WUE, biomass and cumulative water transpired. Co-localization was also observed between the QTL for FTSWt and TTSW, between the QTL for TTSW and WUE-CID-biomass, as well as between the QTL for FTSWt-TTSW and biomass. This study highlights that WUE is physiologically and genetically associated with CID. CID is an excellent surrogate for WUE measurement, and can be used to improve WUE by using marker-assisted selection (MAS) to achieve the ultimate goal of plant breeding at genomic level.

Quercus robur et Quercus petraea sont deux espèces de chêne sympatriques occupant des niches écologiques distinctes et présentant des différences de sensibilités à la sécheresse. La littérature disponible suggère qu’il existe des différences inter-spécifiques stables de l’efficience d’utilisation entre ces deux espèces, Q.petraea présentant des valeurs supérieures à Q.robur. L’efficience d’utilisation de l’eau peut être étudiées à différentes échelles d’intégration spatiales et temporelle. Sur la base de mesures instantanées d’échanges gazeux foliaires, l’efficience d’utilisation de l’eau intrinsèque (Wi) peut être déterminée. D’autre part, l’efficience d’utilisation de l’eau peut être caractérisée par des mesures de composition isotopique du carbone (δ13C) au sein des tissus végétaux ou par l’estimation de l’efficience de transpiration plante entière (TE), permettant ainsi une estimation de l’efficience intégrée dans le temps. La caractérisation de l’efficience à travers ces différents estimateurs a permis de mettre en évidence chez des semis croissant en conditions contrôlées une efficience de transpiration supérieure chez Q.robur bien qu’aucune différence ne soit détectable entre les deux espèces sur la base des mesures instantanées (Wi). Ces variations de TE étaient essentiellement liées aux variations de la production de biomasse par les plants tandis que les variations de Wi qui ont été observées étaient principalement associées à la conductance stomatique. Les variations intra et inter espèces de la dynamique de réponse stomatique au changement abrupte d’un facteur environnemental (lumière, CO2, VPD) n’ont pu être clairement reliées aux variations des différents estimateurs de l’efficience ou leur composantes respectives. Par ailleurs, les conditions de stress hydriques impactaient la dynamique de réponse stomatique chez les deux espèces de chênes. Cet impact se traduit par des réponses stomatiques plus rapides. Les principales différences observées entre les espèces étaient liées à la production de biomasse. Les deux espèces affichaient en effet des stratégies d’allocation du carbone divergentes notamment au niveau du compartiment racinaire. Ainsi Q.petraea produisait un système racinaire plus fin et ramifié que Q.robur. Par ailleurs, cet état de fait était plus marqué sous conditions de stress, conditions à laquelle Q.robur est plus sensible que Q.petraea en terme de production de biomasse. La complexité des relations entre efficience d’utilisation de l’eau et l’ensemble des traits physiologiques et anatomiques étudiés ainsi que leurs possibles implications dans la tolérance à la sécheresse des deux espèces de chênes sont discutées dans cette synthèse. / Quercus robur L. and Quercus petraea (Matt.) Liebl. are two sympatric oak species occupying distinctive ecological niches as well as presenting disparate drought tolerances. Available litterature reports the existence of stable inter-specific differences of water use efficiency (WUE) between the two species, Q. petraea displaying higher values than Q. robur. Water use efficiency can be studied at several integration scales both spatially and temporally. Based on instantaneous foliar gaz exchange, the intrinsic water use efficiency can be determined (Wi). On the other hand, water use can be characterised by measurements of the carbon isotopic composition of plant tissues (13C) or by estimation of the whole plant transpiration efficiency (TE), thus allowing a time-integrated estimate of water use. The characterisation of WUE through these different estimators allowed us to put in evidence in oak seedlings grown under controlled conditions a higher transpiration efficiency in Q. robur even though no differences were observed between the two species regarding instantaneous measurements (Wi). TE variations were mainly linked to the variations of the biomass production by the plants while Wi variations were essentially associated to the stomatal conductance. Both intra and inter specific variations of the dynamics of stomatal response to step changes of environmental factors (light, CO2, VPD) could not be clearly linked to the variations of the different WUE estimates nor their respective components. Nevertheless, drought conditions impacted the stomatal dynamics in both species towards faster stomatal responses, especially for stomatal closing. Furthermore, the main observed differences between species were linked to biomass production. Both species displayed different carbon allocation strategies, especially regarding the root compartment. Thus, Q. petraea produced a significantly more ramified and thinner root system than Q. robur. Such behaviour was accentuated under drought stress, under which Q. robur was more sensitive than Q. petraea in term of biomass production. The complexity of the relationships between water use efficiency and all of these morphological and physiological traits as well as the possible drought tolerance implications in both oak species are discussed in this PhD thesis.

Cette thèse visait à caractériser l’architecture hydraulique du xylème chez les hybrides de peuplier Populusdeltoides × P. nigra et à juger de ses relations avec le fonctionnement hydrique et carboné de l’arbre en conditions d’irrigation contrastées. A cette fin, huit génotypes se distinguant par leur discrimination isotopique vis-à-vis du carbone 13 ont été cultivés en pépinière. Nos travaux ont permis de mettre en évidence d’importantes variations entre génotypes pour les caractéristiques anatomiques du xylème, l’efficience hydraulique de la tige et de la plante entière ainsi que la résistance à la cavitation. Nos travaux démontrent également que l’anatomie et la résistance à la cavitation du xylème s’ajustent aux conditions hydriques du milieu de façon génotype-dépendante. En condition hydrique non limitante, nous avons mis en évidence un compromis entre l’efficience hydraulique et la résistance à la cavitation ou le potentiel de croissance. Ces deux compromis expliquent la relation positive observée entre la résistance à la cavitationet le potentiel de croissance. En condition hydrique limitante, cette relation n’était toutefois plus observable. Aucune relation n’a pu être identifiée entre les propriétés hydrauliques et l’efficience d’utilisation de l’eau. Ces travaux suggèrent que certaines relations couramment observées à l’échelle inter-spécifique ne sont pas nécessairement applicables à des échelles d’étude plus réduites. Ce travail ouvre des perspectives sur le plan fondamental pour l’identification du déterminisme moléculaire à l’origine de la plasticité structurale observée et sur le plan appliqué, pour la création variétale. / This work aimed at characterizing xylem hydraulic architecture and at describing its relationships with whole plant water and carbon relations among Populus deltoides × P. nigra hybrids under contrasting water regimes. Eight genotypes differing in carbon isotope discrimination were grown in the field in a common garden test. Significant variations were observed between genotypes for all xylem anatomical characteristics, stem or whole-plant hydraulic efficiency and xylem resistance to cavitation. Drought-induced acclimation was observed for xylem structural features and xylem resistance to cavitation, but in a genotype-dependant manner. Under optimal irrigation, a trade-off was observed between hydraulic efficiency and xylem resistance to cavitation or growth performance. These two trade-offs translated into an uncommon positive relationship between xylem resistance to cavitation and growth performance. Under water deficit,this relationship broke down. No relationship could be detected between xylem hydraulics and water-use efficiency estimates. Our results suggest in part that several common relationships that are observed at the between-species level may not necessarily hold true at narrower scales. Further, this work opens up prospects both for identifying the molecular basis of xylem structural acclimation and for breeding strategies.

Il est prévu une augmentation de l’intensité et de la fréquence des sécheresses dans les années à venir à cause des changements climatiques. Puisque la productivité des peupliers est étroitement liée à la disponibilité en eau, il existe un risque de déclin de la production de bois dans les peupleraies. L’optimisation de la biomasse produite en regard de l’eau consommée (efficience d’utilisation de l’eau, WUE) apparaît alors être une question de recherche prometteuse. Des études précédentes ont montré une diversité clonale de WUE chez les peupliers, pilotée principalement par la conductance stomatique (gs). Cependant, gs et l’assimilation en CO2 ne sont pas toujours connectés, ce qui peut conduire à de fortes variations de WUE au niveau foliaire. De plus, puisque la mesure de l’efficience d’utilisation de l’eau au niveau de la plante entière (TE) est laborieuse à mesurer, les expérimentations sont souvent réalisées en serre. Toutefois, les conditions contrôlées d’une serre conduisent à un environnement très différent des conditions naturelles, et les comparaisons de WUE entre conditions contrôlées et naturelles sont rares dans la littérature. Nous avons évalué la diversité des dynamiques stomatiques au sein de génotypes de peupliers sous conditions témoins et sous sécheresse en serre et en pépinière. Nous avons examiné le lien entre différents facteurs physiologiques, morphologiques et moléculaires et les dynamiques stomatiques, ainsi que leur influence sur TE. De plus, nous avons étudié la relation entre différents estimateurs de WUE et ses composantes entre des conditions contrôlées et naturelles. Le contenu en éléments minéraux et l’expression de gènes candidats ont également été quantifiés à deux moments de la journée pour analyser leur relation avec gs. Nous avons observé une variabilité génotypique significative des dynamiques stomatiques à la fois en réponse à l’irradiance et au VPD, de plus modifiée par la sécheresse et les conditions de croissance. La taille et la densité des stomates ainsi que la transpiration foliaire étaient fortement corrélées aux dynamiques stomatiques en serre, mais très peu en pépinière. Ces résultats soulignent l’importance et la complexité de ces mécanismes à l’échelle de la plante entière. WUE au niveau de la feuille et de la plante entière étaient relativement stables au sein des génotypes et entre conditions de croissance, mais bien moins avec la sécheresse. Enfin, des contenus en éléments et des expressions géniques distinctes ont été observées entre faces de la feuille et enter moments de la journée, en lien avec gs. Ces résultats fournissent de précieuses informations pour mieux comprendre les divers mécanismes foliaires pilotant WUE au niveau de la plante entière. / The number of drought events is expected to increase in intensity and frequency as a result of climate change. Since poplar productivity is closely linked to water availability, there is an increasing risk of decline in wood production from poplar plantations. Optimization of the ratio of biomass production to water used (i.e. water use efficiency, WUE) appears therefore as a relevant target for poplar research. Previous studies have shown the clonal diversity of WUE in poplar is driven mainly by stomatal conductance (gs). However gs and photosynthesis are not always tightly coupled which can result in large variations of WUE at leaf level. Additionally, because transpiration efficiency (TE) is laborious to measure, experiments are often conducted in pots in glasshouses. However in controlled conditions the environment is widely different than in the field and comparisons of WUE in controlled and field conditions are scarce in the literature. We assessed the diversity of stomatal dynamics among poplar genotypes under control or drought conditions grown in a glasshouse and in the field. We investigated the link between physiological, morphological and molecular factors and stomatal dynamics, and their influence on TE. Furthermore, we examined the relation between different estimators of WUE and its components between controlled and field conditions. Element content and candidate gene expression in the guard cells were also quantified at two times during the day to analyze their link to stomatal conductance. We found among the four genotypes studied significant genotypic variability of stomatal dynamics to irradiance and VPD which was altered by drought and growing conditions. Stomatal size and density as well as water use, but not WUE, were correlated to stomatal dynamics, emphasizing the importance and complexity of such mechanisms at the whole plant scale. Good agreements between leaf-level and whole-plant WUE among genotypes and between growing conditions were also found. Finally, distinct guard cell element contents and candidate gene expression, between leaf sides and time of day, linked with stomatal conductance draw attention to the diversity of components contributing to TE. These findings provides valuable information to better understand the diverse, sometimes unsuspected, leaf-level mechanisms driving water use efficiency at the whole plant scale.

Le principal objectif de ce travail était de déterminer l’efficience d’utilisation de l’eau (WUE) de diverses espèces d’acacias d’origine Australienne et Sahélienne par la discrimination isotopique au niveau de la feuille (Δ13Cf) et par différentes techniques de mesure. Les acacias ont montré une forte variabilité interspécifique de Δ13Cf. Cette variabilité a été confirmée par les mesures directes d’échanges gazeux au niveau des feuilles (efficience intrinsèque d’utilisation de l’eau, Wi) et par des mesures effectuées au niveau de la plante entière (efficience de transpiration, TE). Une forte variabilité interspécifique des traits foliaires(densité stomatique DS, proportion d’azote dans les feuilles %N, surface massique SLA, assimilation nette du CO2 à la saturation Asat, conductance stomatique en vapeur d’eau à la saturation gssat) et de la croissance (ratio biomasse racinaire sur biomasse aérienne R/S) a également été constatée entre les espèces. WUE était pratiquement contrôlée par gssat.L’hypothèse selon laquelle les espèces se développant dans les zones arides présenteraient une WUE plus élevée n’a pas été vérifiée. Au contraire, les espèces des zones semi-humides ont présenté une WUE plus élevée que celles de zones semi-arides et arides. / The main objective of this work was to compare water use efficiency (WUE) among various Australian and Sahelian acacia species using isotope discrimination at leaf level (Δ13Cf) and various methods of measurement. Acacia species exhibited a large inter-specific variability of Δ13Cf. This variability was confirmed by direct leaf gas exchange measurements (intrinsic water use efficiency, Wi) and by measurement at the whole plant level (transpiration efficiency, TE). A large interspecific variability of leaf traits (stomatal density DS, leaf nitrogen concentration %N, specific leaf area SLA, net CO2 assimilation of the saturation Asat, stomatal conductance for water vapor of the saturation gssat) and growth characteristics (root shoot biomass ratio R/S) has also been reported. WUE was controlled for gssat. The hypothesis that the species from arid areas exhibit higher WUE was not confirmed. In contrast, the species from semi-wet area exhibited a higher WUE than those from semi-arid and arid zones

Cette thèse visait à étudier la variabilité génétique et plasticité phénotypique de la vulnérabilité à la cavitation chez le hêtre (Fagus sylvatica L.). A cette fin, nous avons tout d’abord testé les variations dues à la méthodologie de mesure de la vulnérabilité à la cavitation. Notre étude a montré que les variations de vulnérabilité à la cavitation au cours du temps sont faibles. Néanmoins, il est préférable d’éviter de récolter les échantillons durant le début de la période de formation du bois. Par ailleurs il est possible de conserver au frais les échantillons sans dégrader les mesures durant au moins un mois. Nos résultats montrent également que la vulnérabilité à la cavitation peut être variable aussi bien au sein d’un même arbre qu’entre populations in situ. Ensuite, nous avons voulu déterminer la part de plasticité phénotypique de la part de variabilité génétique dans la variabilité de la vulnérabilité à la cavitation. Pour cela nous avons étudié 17 populations de hêtre venant de toute l’Europe et poussant dans une plantation comparative. Parmi les 17 populations 6 d’entre elles ont été étudiées dans trois plantations comparatives différentes (France, Espagne et Slovaquie). Nos résultats indiquent que chez le hêtre la vulnérabilité à la cavitation varie considérablement au sein de chaque population. Ils indiquent également que l’on observe peu de différenciation génétique entre populations. Les résultats montrent également que la plasticité phénotypique de la vulnérabilité à la cavitation est importante entre les plantations, et que le degré de cette plasticité peut varier d’une population à l’autre. Pour finir, nous avons regardé s’il existait des relations entre la vulnérabilité à la cavitation et des paramètres d’efficience hydraulique ainsi qu’avec l’efficience d’utilisation de l’eau. Nos résultats ne permettent pas de mettre en évidence des preuves d’un trade-off entre l’efficience et la sureté du xylème. / This work aimed at studying the genetic variability and the phenotypic plasticity of vulnerability to cavitation in beech (Fagus sylvatica L.). We tested the variations due to the methodology of measuring vulnerability to cavitation. Our study showed that the variations in vulnerability to cavitation over time are low. However, it’s better to avoid collecting samples during the period of initial wood formation. Furthermore it’s possible to store samples without degrading measures for during one month. Our results also show that vulnerability to cavitation can be variable both within the same tree and between populations in situ. We determined the proportion of phenotypic plasticity and the proportion of genetic variability in the variability of vulnerability to cavitation. For this we studied 17 beech populations from all Europe and growing in a common garden. Among the 17 populations 6 of them have been studied in three different common gardens (France, Spain and Slovakia). Our results indicate that for beech, vulnerability to cavitation varies considerably within populations. They also indicate that there are few genetic differentiations between populations. The results show that the phenotypic plasticity of vulnerability to cavitation is important among common garden, and the degree of this plasticity can vary between populations. To complete our study, we looked at the relationships between vulnerability to cavitation and hydraulic efficiency parameters and with the water use efficiency. Our results do not reveal evidence of relationships vulnerability to cavitation and other physiological traits.

La biodiversité favorise un grand nombre de fonctions et services écosystémiques des écosystèmes forestiers tels que la production de bois ou la résistance aux attaques d’insectes et aux maladies. Cependant l’impact de la diversité sur l’acquisition et l’utilisation de l’eau et du carbone reste largement méconnu dans ces écosystèmes. De plus, dans le contexte actuel de changement climatique, l’influence de la diversité sur la réponse des écosystèmes forestiers à des événements climatiques extrêmes tels que la sécheresse reste à étudier. L’objectif de ce travail est donc de déterminer l’impact de la diversité en espèces d’arbre sur d’importantes fonctions du cycle de l’eau et du carbone telles que la transpiration, la composition isotopique du carbone ou la profondeur d’extraction de l’eau à l’échelle de l’arbre et de l’écosystème sous des conditions contrastées dedisponibilité en eau du sol. Ce travail a été réalisé dans le cadre du projet FunDivEUROPE sur un réseau de parcelles forestières ainsi que dans des plantations expérimentales le long d’un gradient Nord-Sud en Europe afin de couvrir une importante gamme de conditions climatiques. Nos travaux ont montré une importante variabilité de la réponse à la diversité à l’échelle de l’arbre et de l’écosystème en termes de relations hydriques et carbonées à travers l’Europe. La diversité en espèces ne semble pas influencer les relations hydriques et carbonées des espèces et des écosystèmes forestiers dans des conditions non limitantes de disponibilité en eau. Cependant, un fort effet de la diversité a été observé en conditions de sécheresse pour certains types forestiers. A partir de ces résultats, je discute des mécanismes d’interaction entre espèces qui peuvent expliquer les effets observés. Nos données ont montré que l’influence de la diversité en espèces est fortement dépendante du contexte et peut êtremodifiée par les conditions environnementales locales et les conditions climatiques. En terme de gestion forestière, je suggère que pour certaines régions en Europe, promouvoir la diversité en espèces ainsi que contrôler la densité des parcelles doit être recommandé afin d’adapter les écosystèmes forestiers aux futures conditions climatiques / Biodiversity is known to support and boost a wide range of forest ecosystem functions and services like productivity and resistance against insect pests and diseases. However, whether tree species diversity also promotes water and carbon acquisition and use in forest ecosystems is still unclear. Furthermore, in the current context of global warming, information on how tree species diversity can influence the response of forest ecosystems to extreme climatic events such as drought are urgently needed. In this framework, the objective of my PhD thesis was to determine how tree species diversity influences important functions of the water and carbon cycle including transpiration, carbon isotope composition and water extraction depth at the tree- and ecosystem-Scale under contrasting soil water conditions. My work was conducted within the FunDivEUROPE project in a network of permanent forest stands and tree plantations across a North-South gradient in Europecovering a wide range of climatic conditions. I found considerable variability among species or forest types in the response of transpiration and carbon isotope composition at the tree- and ecosystem-Scale across Europe. Species diversity did not affect the water and carbon relations of tree species and forest ecosystems under non-Limiting soil water conditions. However, a strong effect of species diversity was observed under drought conditions in some forest types. Based on these data, I discuss the potential mechanisms of species interactions that may explain the observed patterns. I also point out that the influence of species diversity is highly context-Dependent, and changes with local environmental and climatic conditions. In terms of forest management applications, I suggest that, at least in some regions, controlling for tree species diversity along with stand density and total basal area could be recommended to help forests adapt to drier conditions

Cette thèse visait à développer nos connaissances quant au contrôle génétique et environnemental et la structuration géographique de la variabilité phénotypique pour des caractères fonctionnels chez le peuplier noir (Populus nigra L.). Trois caractères fonctionnels ont été étudiés : la phénologie de croissance, WUE et la résistance à la cavitation. La variabilité phénotypique exprimée pour la phénologie de croissance et WUE a été évaluée au sein d’une collection européenne de peuplier noir regroupant 1085 génotypes échantillonnés dans 13 métapopulations et installés en test clonal en pépinière dans deux sites expérimentaux. Nos résultats ont révélé une importante variabilité génétique ainsi qu’une importante plasticité phénotypique des caractères phénologiques et de WUE au sein des métapopulations. Une différenciation génétique modérée à forte des métapopulations a été observée pour la phénologie de croissance et WUE. Les différences entre métapopulations se structuraient selon des patrons plus ou moins complexes, qui semblaient refléter, pour la phénologie de croissance, une adaptation locale des métapopulations aux conditions de photopériode et de température. Tenant compte des capacités de phénotypage limitées pour la résistance à la cavitation, la variabilité génétique exprimée pour ce caractère a été évaluée au sein d’une population naturelle de peuplier noir regroupant 33 génotypes et installée en test clonal en pépinière dans un site expérimental. Nous avons détecté une variation significative du niveau de résistance à la cavitation entre génotypes. De manière générale, aucune relation phénotypique significative n’a été détectée entre la phénologie de croissance, WUE et la résistance à la cavitation au niveau intra-population, suggérant le maintien d’une diversité de combinaisons fonctionnelles. Le développement d’une puce à 10 331 marqueurs SNPs distribués à l’échelle du génome de P. nigra, notamment dans des régions candidates pour la phénologie de croissance, devrait permettre, à court terme, de confirmer l’adaptation locale des populations de peuplier noir et d’explorer ses bases génétiques. / This work aimed at improving our understanding of the genetic and environmental control as well as the geographic structure of phenotypic variation for functional traits in black poplar (Populus nigra L.). Three functional traits were studied: bud phenology, water-use efficiency (WUE) and xylem resistance to drought-induced cavitation. The phenotypic variation expressed for bud phenology and WUE was evaluated in a European P. nigra collection composed of 1085 cloned individuals sampled in 13 natural metapopulations and established in clonal test in nursery at two experimental sites. Substantial genetic variation and substantial phenotypic plasticity for bud phenology and WUE were observed within all metapopulations. Moderate to strong genetic differentiation of metapopulations was evidenced for phenological traits and WUE. Patterns of genetic differentiation were more or less complex depending on traits and seemed to reflect, for phenological traits, local adaptation of metapopulations to photoperiod and temperature. Taking into account the limited phenotyping capacity for xylem resistance to cavitation, genetic variation expressed for this trait was evaluated within one single natural population of black poplar composed of 33 genotypes which were established in clonal test in nursery at one experimental site. Significant variations were observed between genotypes for the degree of cavitation resistance. Overall, no significant relationship was detected between bud phenology, WUE and cavitation resistance at the within-population level, indicating the maintenance of a diversity of functional combinations. The development of an array covering 10 331 SNPs distributed across the P. nigra genome, notably in candidate regions for bud phenology, will enable in the short-term to confirm local adaptation of P. nigra populations and to identify its genetic basis.