Les coléoptères saproxyliques ont en particulier d'être fortement liés au bois mort et à la phase hétérotrophe du cycle forestier. Cette position les place en concurrence directe avec l'Homme et sa gestion forestière. La conservation de ces animaux et de leurs fonctions écologiques passe par une connaissance accrue de leurs biologies et des relations qu'ils entretiennent avec le bois mort et la forêt.<br /><br />Dans ce travail nous avons analysé les relations autécologiques et synécologiques s'établissant entre les coléoptères saproxyliques et les types de bois mort au sein de 3 types forestiers des Alpes françaises (10 stations). Les bois morts ont été étudiés par une méthode dérivée du protocole européen COST E4 tandis que les coléoptères saproxyliques ont été échantillonnés par pièges vitres.<br /><br />L'existence de communautés de coléoptères saproxyliques au niveau de chaque forêt est confirmée par ANOSIM et analyse des correspondances (CA). Elle est documentée par dendrogrammes, CCA et RDA. Trois facteurs environnementaux majeurs conditionnant ces assemblages taxonomiques ont été dégagés par PCA et régressions linéaire multiples. Il s'agit dans l'ordre d'importance : d'une dichotomie entre essences feuillue et résineuse, d'un gradient de dimension-position (combinant taille, origine de la mort et position vis-à-vis du sol) et enfin d'un gradient de désorganisation du bois (regroupant surface d'écorce, classe de décomposition et type de pourriture). <br /><br />La continuité historique du bois mort, estimée par le profil de bois mort, a un impact significatif sur la diversité des taxons les plus rares, ce qui conforte de précédentes observations et pose à nouveau la question de l'impact à long terme de l'exploitation forestière sur la biodiversité.

Le changement climatique est connu pour entraîner une redistribution spatiale des conditions climatiques et avec elle une migration des espèces vers les pôles et les sommets. De tels changements impliquent une réorganisation des communautés végétales dont la nature, l'intensité et le déterminisme sont encore peu connus. L'objectif de cette thèse est d'évaluer, à large échelle spatiale et sur de longs pas de temps, les changements de composition des communautés végétales forestières induits par le réchauffement climatique, ainsi qu'analyser les facteurs écologiques et géographiques contribuant à ces changements à l'échelle de l'espèce et des communautés. La réponse de la flore forestière vis-à-vis du réchauffement climatique a été étudiée à l'échelle du territoire français (~546000 km²) à partir de larges bases de données d'observations floristiques, de données environnementales mesurées et modélisées, et d'une approche modélisatrice basée sur le concept de niche écologique et sur le caractère bio-indicateur des espèces. Dans un premier temps, nous avons montré que le remaniement des communautés végétales a permis la compensation de 0.54°C du réchauffement climatique ayant touché les forêts de montagne entre les périodes 1965-1986 et 1987-2008 (i.e. +1.07°C) contre seulement 0.02°C pour les forêts de plaine (réchauffement = 1.11°C). Cette compensation partielle démontre l'existence d'une dette climatique de la flore induite par le réchauffement climatique. L'importance de cette dette en plaine par rapport aux montagnes provient probablement de l'effet combiné d'un déficit d'extinction et de migration des espèces en plaine conduit respectivement par une plus large tolérance thermique des plantes forestières sur cette zone et par une migration des plantes a priori (i) limitée par l'importante fragmentation des forêts de plaine et (ii) inférieure au déplacement des conditions thermiques en plaine. Les particularités écologiques et géographiques des forêts de plaine et de montagne nous ont amené à considérer deux types de menaces induites par le changement climatique : (i) l'attrition biotique en plaine, et (ii) la perte d'une biodiversité historique et spécifique en montagne (réduction de l'habitat des espèces alpines aboutissant à leur disparition) remplacée probablement par des espèces plus communes. Dans un second temps, les effets de facteurs abiotiques, biotiques et géographiques pouvant amplifier ou réduire les changements de distribution des espèces et de composition des communautés induits par le réchauffement climatique ont été caractérisés. [...] Suite et fin du résumé dans la thèse.

Les risques de dégradation physique des sols forestiers sous l'effet de contraintes mécaniques externes liées à la mécanisation des opérations forestières, augmentent considérablement. Les mécanismes et le temps nécessaires à la restauration non assistée de la qualité des sols forestiers tassés restent encore peu étudiés, et leur identification nécessite de coupler les approches physiques, chimiques et biologiques. L'objectif de ce travail était d'étudier l'impact de la circulation d'un porteur forestier sur les conditions de l'enracinement (aération, régime hydrique et pénétrabilité) ainsi que son évolution à court terme. Ce travail s'appuie sur l'observation de deux sites expérimentaux mis en place dans le Nord Est de la France, concernant des sols de morphologie similaire (couche limono-argileuse de 50 cm d'épaisseur reposant sur un substrat argileux) et ayant subi des contraintes identiques. Des paramètres physiques (température et humidité du sol, densité apparente et résistance à la pénétration) et chimiques (composition de l'atmosphère du sol) ont été suivis pendant trois à quatre ans, à des fréquences allant d'un pas de temps quotidien à annuel. Le suivi du climat du sol et de la composition de son atmosphère a mis en évidence une diminution forte des conditions aérobies pendant un à un an et demi après le passage du porteur. Cet effet initial sur l'aération du sol a diminué subitement dès l'apparition de la première période de sécheresse édaphique, probablement grâce à la formation de fissures dans l'horizon de surface du sol tassé. Cependant un effet significatif du traitement sur la composition de l'atmosphère du sol pouvait toujours être observé trois à quatre ans après tassement. Pour suivre l'évolution des propriétés physiques du sol après circulation du porteur, il a été nécessaire d'opérer une normalisation par rapport à l'humidité au moment du prélèvement. Trois ou quatre ans après la circulation du porteur, une différence toujours significative existe entre les propriétés physiques des sols témoins et celles des sols tassés. Cependant une évolution de l'impact du porteur peut être mise en évidence dans la couche de surface (0-10 cm) des deux sites. Ce début de restauration se traduit, sur un des deux sites, par une différence entre traitement qui n'est plus significative quand les sols sont humides mais qui l'est encore quand les sols sont secs. Sur le deuxième site, cette différence a diminué quelle que ce soit l'humidité du sol. Ainsi, le début de régénération de la structure du sol perturbé ne s'accompagne pas d'une disparition de son comportement de prise en masse lors de son desséchement sur un des deux sites. Ce travail a permis de mettre en évidence une évolution des conséquences du porteur en surface du sol tassé qui serait liée à des processus physiques (gonflement -retrait, gel - dégel). Cependant, l'impact sur les conditions de l'enracinement (forte résistance à la pénétration quand les sols sont secs, faible aération quand ils sont humides) reste élevé de même que sur la résilience à long terme du peuplement.

Le fonctionnement de l'écosystème forestier dans la haute vallée du Doubs, attestant le rôle déterminant du climat, permet par l'examen des conséquences des fluctuations climatiques sur une forêt climacique, de connaître la nature de la couverture forestière médiévale. Le milieu forestier que l'homme doit détruire pour s'installer résulte de la conjugaison d'une dynamique naturelle engagée depuis l'ère quaternaire et d'un impact anthropique progressif. Le lent processus de la colonisation depuis les premières traces de fréquentation mésolithique jusqu'au Moyen Âge, se confond avec l'essor des défrichements. L'histoire du peuplement du Haut-Doubs et du recul de la forêt dont le rythme épouse les vicissitudes démographiques dues aux guerres et aux crises du bas Moyen Âge, présente des singularités dans sa chronologie, les modalités des défrichements et la mise en valeur du territoire. Pourtant, cette forêt que l'homme abat reste une ressource nourricière vitale, source de matières premières et réserve énergétique indispensables aux activités quotidiennes et à un artisanat en essor. S'impose alors à l'homme confronté aux conflits d'intérêt liés à l'usage de la forêt, la nécessité de résoudre ce paradoxe qui consiste à devoir à la fois exploiter et détruire. Les mesures restrictives et les réglementations qui s'instaurent révèlent une prise de conscience relative face aux dangers qui menacent un équilibre écologique fragile, et au nouvel impératif de protection. Cette réalité présage des conflits et des problèmes ultérieurs dont l'homme contemporain est encore à chercher les solutions

Cette thèse porte sur l’impact du type de sol sur le fonctionnement biogéochimique d’un écosystème forestier typique d’Europe centrale et occidentale. Pour cette étude, un dispositif expérimental a été mis en place par l’INRA et l’ANDRA au sein d’une hêtraie (Fagus sylvatica) dans la forêt de Montiers-sur-Saulx (Meuse, France) afin de suivre les cycles biogéochimiques entre les différents compartiments de l’écosystème (l’atmosphère, la canopée, la litière et le sol). L’intérêt particulier du site expérimental de Montiers vient du contraste important entre les types de sols pour un même peuplement : rendisol, calci-brunisol et alocrisol/brunisol. Pour la première fois, les stocks et les flux de l’eau et des éléments ont été mesurés et comparés in situ et sur le long terme (entre janvier 2012 et décembre 2015) sur des sols forestiers différents, toutes les autres conditions du site égales par ailleurs (climat, apports atmosphériques, âge et structure du peuplement). Les stocks totaux et échangeables dans le sol et les stocks dans les différents compartiments de la biomasse végétale (branches, tronc, racines grosses et fines) ont été déterminés par le biais d’analyses chimiques et de modélisations. Les flux élémentaires ont été calculés à partir des prélèvements mensuels des solutions de l’écosystème (dépôt atmosphérique, pluviolessivat, écoulement de tronc, solutions libres et liées du sol) et des chutes de litière. Le modèle hydrique BILJOU© a été utilisé pour estimer les composantes du bilan hydrique de l’écosystème. Les résultats montrent que la réserve utile du sol, les stocks des éléments dans le sol, les compositions chimiques des solutions du sol, la stratégie de colonisation racinaire et la production de biomasse pérenne diffèrent fortement en fonction du type de sol. Contrairement à ce que l’on pouvait supposer compte tenu des différences marquées entre les signatures chimiques des solutions des trois sols, les compositions foliaires du peuplement et les flux des éléments hors sol en solution (échange de la canopée, apport au sol) et sous forme solide (chute de litière) ne diffèrent pas ou peu entre les trois stations expérimentales pour la majorité des éléments. La part biologique des cycles minéraux est globalement prédominante et le renouvellement des racines fines représente un flux de recyclage généralement supérieur à la chute de litière aérienne. Nous montrons également que la quantité d’eau transpirée par la canopée, directement liée à la taille de la réserve utile du sol, est le facteur de contrôle principal de la productivité du peuplement à l’échelle annuelle. Des processus d’adaptation du peuplement aux conditions physico-chimiques du sol semblent réduire, voire compenser entièrement, les facteurs secondaires de contrôle de la productivité du peuplement (notamment la disponibilité des nutriments dans le sol). Ainsi un enjeu significatif pour les gestionnaires forestiers pourrait être l’adaptation des pratiques sylvicoles à des parcelles de gestion davantage basées sur les propriétés physiques des sols, et en particulier les profondeurs d’apparition de la roche-mère et de colonisation racinaire / This thesis deals with the impact of soil type on the biogeochemical functioning of a typical forest ecosystem of Central and Western Europe. For this study, a strongly instrumented experimental site was implemented in a beech stand (Fagus sylvatica) within the state forest of Montiers-sur-Saulx (Meuse, France), in order to monitor the biogeochemical cycling between the different compartments of the ecosystem (the atmosphere, the canopy, the forest floor and the soil). The particular value of the Montiers experimental site resides in the strong contrast between soil types under the same beech stand: Rendzic Leptosol, Eutric Cambisol and Dystric Cambisol. For the first time, stocks and fluxes of water and elements were measured and compared in situ and over the long term (from January 2012 to December 2015) on different forest soil types, all other site conditions being equal (climate, atmospheric inputs, stand age and structure). Total and exchangeable pools in the soil and stocks in the different compartments of the vegetation (branches, trunk, fine and coarse roots) were determined via chemical analysis and modelisation. Fluxes of elements were calculated from monthly sampling of the ecosystem’s solutions (atmospheric deposition, throughfall, stemflow, gravitational and bound soil solutions) and of litter fall. The water balance model BILJOU© was used to estimate the different components of the water budget. The results show that the soil water holding capacity, the stocks of elements in the soil, the chemical composition of soil solutions, the rooting strategy and the perennial biomass production differ strongly between soil types. Contrary to what might have been expected in regard to the marked differences between the chemical signatures of the soils solutions in the three soils, the foliar elemental composition of the beech stand and the aboveground fluxes of elements in solution (canopy exchange, stand deposition) and in solid state (litter fall) do not differ significantly between the three experimental stations for the majority of the studied elements. The biological part of the mineral cycles is overall predominant and the recycling through fine roots turnover is generally higher than litter fall. We also show that the quantity of water transpired by the forest canopy, directly linked to the soil water holding capacity, is the primary control factor of the annual stand productivity. Stand adaptation mechanisms to physico-chemical soil properties seemed to reduce, or even entirely compensate for, secondary factors controlling the stand productivity (in particular nutrient availability in the soil). Thus a significant issue for forest managers might be to further adapt forestry practices to management units based on soil physical properties, especially depth to the bedrock and rooting depth

L’objectif de ces travaux de thèse est la reconnaissance automatique des espèces d’arbres à partir de scans laser terrestres, information indispensable en inventaire forestier. Pour y répondre, nous proposons différentes méthodes de reconnaissance d’espèce basées sur la texture géométrique 3D des écorces.Ces différentes méthodes utilisent la séquence de traitement suivante : une étape de prétraitement, une étape de segmentation, une étape d’extraction des caractéristiques et une dernière étape de classification. Elles sont fondées sur les données 3D ou bien sur des images de profondeur extraites à partir des nuages de points 3D des troncs d’arbres en utilisant une surface de référence.Nous avons étudié et testé différentes approches de segmentation sur des images de profondeur représentant la texture géométrique de l'écorce. Ces approches posent des problèmes de sur-Segmentation et d'introduction de bruit. Pour cette raison, nous proposons une nouvelle approche de segmentation des nuages de points 3D : « Burst Wind Segmentation », inspirée des lignes de partage des eaux. Cette dernière réussit, dans la majorité des cas, à extraire des cicatrices caractéristiques qui sont ensuite comparées à un dictionnaire des cicatrices (« ScarBook ») pour discriminer les espèces d’arbres.Une grande variété de caractéristiques est extraite à partir des régions segmentées par les différentes méthodes proposées. Ces caractéristiques représentent le niveau de rugosité, la forme globale des régions segmentées, la saillance et la courbure du contour, la distribution des points de contour, la distribution de la forme selon différents angles,...Enfin, pour la classification des caractéristiques visuelles, les forêts aléatoires (Random Forest) de Leo Breiman et Adèle Cutler sont utilisées dans une approche à deux étapes : sélection des variables importantes, puis classification croisée avec les variables retenues, seulement.L’écorce de l’arbre change avec l'accroissement en diamètre ; nous avons donc étudié différents critères de variabilité naturelle et nous avons testé nos approches sur une base qui présente cette variabilité. Le taux de bonne classification dépasse 96% dans toutes les approches de segmentation proposées mais les meilleurs résultats sont atteints avec la nouvelle approche de segmentation « Burst Wind Segmentation » étant donné que cette approche réussit mieux à extraire les cicatrices, utilise un dictionnaire de cicatrices et a été évaluée sur une plus grande variété de caractéristiques de forme, de courbure, de saillance et de rugosité. / The objective of the thesis is the automatic recognition of tree species from Terrestrial LiDAR data. This information is essential for forest inventory. As an answer, we propose different recognition methods based on the 3D geometric texture of the bark.These methods use the following processing steps: a preprocessing step, a segmentation step, a feature extraction step and a final classification step. They are based on the 3D data or on depth images built from 3D point clouds of tree trunks using a reference surface.We have investigated and tested several segmentation approaches on depth images representing the geometric texture of the bark. These approaches have the disadvantages of over segmentation and are quite sensitive to noises. For this reason, we propose a new 3D point cloud segmentation approach inspired by the watershed technique that we have called «Burst Wind Segmentation». Our approach succeed in extracting in most cases the characteristic scars that are next compared to those stored in a dictionary («ScarBook») in order to determine the tree species.A large variety of characteristics is extracted from the regions segmented by the different methods proposed. These characteristics are the roughness, the global shape of the segmented regions, the saliency and the curvature of the contour, the distribution of the contour points, the distribution of the shape according to the different orientations.Finally, for the classification of the visual characteristics, the Random Forest method by Leo Breiman and Adèle Cutler is used in a two steps approach: selection of the most important variables and cross classification with the selected variables.The bark of the tree changes with the trunk diameter. We have thus studied different natural variability criteria and we have tested our approaches on a test set that includes this variability. The accuracy rate is over 96% for all the proposed segmentation approaches but the best result is obtained with the «Burst Wind Segmentation» one due to the fact that this approach can better extract the scars, it uses a dictionary of scars for recognition, and it has been evaluated on a greater variety of shapes, curvatures, saliency and roughness.

Les risques de dégradation physique des sols forestiers sous l'effet de contraintes mécaniques externes liées à la mécanisation des opérations forestières, augmentent considérablement. Les mécanismes et le temps nécessaires à la restauration non assistée de la qualité des sols forestiers tassés restent encore peu étudiés, et leur identification nécessite de coupler les approches physiques, chimiques et biologiques. L'objectif de ce travail était d'étudier l'impact de la circulation d'un porteur forestier sur les conditions de l'enracinement (aération, régime hydrique et pénétrabilité) ainsi que son évolution à court terme. Ce travail s'appuie sur l'observation de deux sites expérimentaux mis en place dans le Nord Est de la France, concernant des sols de morphologie similaire (couche limono-argileuse de 50 cm d'épaisseur reposant sur un substrat argileux) et ayant subi des contraintes identiques. Des paramètres physiques (température et humidité du sol, densité apparente et résistance à la pénétration) et chimiques (composition de l'atmosphère du sol) ont été suivis pendant trois à quatre ans, à des fréquences allant d'un pas de temps quotidien à annuel. Le suivi du climat du sol et de la composition de son atmosphère a mis en évidence une diminution forte des conditions aérobies pendant un à un an et demi après le passage du porteur. Cet effet initial sur l'aération du sol a diminué subitement dès l'apparition de la première période de sécheresse édaphique, probablement grâce à la formation de fissures dans l'horizon de surface du sol tassé. Cependant un effet significatif du traitement sur la composition de l'atmosphère du sol pouvait toujours être observé trois à quatre ans après tassement. Pour suivre l'évolution des propriétés physiques du sol après circulation du porteur, il a été nécessaire d'opérer une normalisation par rapport à l'humidité au moment du prélèvement. Trois ou quatre ans après la circulation du porteur, une différence toujours significative existe entre les propriétés physiques des sols témoins et celles des sols tassés. Cependant une évolution de l'impact du porteur peut être mise en évidence dans la couche de surface (0–10 cm) des deux sites. Ce début de restauration se traduit, sur un des deux sites, par une différence entre traitement qui n'est plus significative quand les sols sont humides mais qui l'est encore quand les sols sont secs. Sur le deuxième site, cette différence a diminué quelle que ce soit l'humidité du sol. Ainsi, le début de régénération de la structure du sol perturbé ne s'accompagne pas d'une disparition de son comportement de prise en masse lors de son desséchement sur un des deux sites. Ce travail a permis de mettre en évidence une évolution des conséquences du porteur en surface du sol tassé qui serait liée à des processus physiques (gonflement –retrait, gel – dégel). Cependant, l'impact sur les conditions de l'enracinement (forte résistance à la pénétration quand les sols sont secs, faible aération quand ils sont humides) reste élevé de même que sur la résilience à long terme du peuplement. / Soil compaction belongs to the major treats to soil quality with no exceptions of forest ecosystems where the frequency and intensity of loads application increase since several decades. The mechanisms and the duration of soil quality recovery following heavy traffic in forests remain poorly documented and their study requires multidisciplinary approaches.The aim of this work was to evaluate the impact of forwarder traffic on the potential constraints to roots growth (aeration, water content, and penetrability) growing in two forest soils sensitive to compaction, and the evolution of these consequences in the short-term. This work is based on two experimental sites, set up in the northeast of France, with soils displaying similar morphologies (50 cm thick silt loam layer laying on a clayey layer) and having being loaded with the same forwarder under similar (wet) soil conditions. Soil climate (temperature and moisture), soil air composition, and soil bulk density and resistance to penetration were investigated continuously, monthly and yearly, respectively. Soil climate and air composition monitoring showed a strong initial decrease in aerobic conditions lasting one to one and a half year. The strong initial impact on soil aeration decreased concurrently with the first soil drought experimented at both sites, probably because of soil cracks formation in the disturbed soil. Yet heavy traffic still affected significantly soil air composition 3 to 4 years after compaction at both sites. To monitor changes in soil physical parameters, we had to standardize measures with regards to soil climatic conditions at the time of sampling. Three to four years after soil compaction, the difference in soil physical properties between treatments was still significant. However, changes in the impact of the forwarder traffic on soil physical characteristics could be stated in the surface layer (0–10 cm) of both sites. This beginning of soil restoration results at one of both sites in a difference between treatments that is no longer significant when soils are wet but that is still significant when the soils are dry. At the second site, the difference is still significant whatever soil moisture conditions but it has decreased since the start of the experiment. Consequently, this beginning of soil structure recovery is not accompanied by a disappearance of the hardsetting behaviour (decrease in hydrostructural stability) of the compacted soil at one site. In this study changes in the consequences of the forwarder traffic were stated in the surface soil layers of both sites, these changes may be due to physical processes (wetting – drying, freezing – thawing). Nevertheless, the impact remains strong on roots growth (high resistance to penetration when dry, poor gas transfer when wet) and on stand resilience to external stresses (drought, storm).

En milieu forestier, la décomposition de la matière organique d’origine végétale et son assimilation par les microorganismes sont des processus essentiels au bon fonctionnement des sols et du cycle du carbone. Les mécanismes impliqués dans ces phénomènes de dégradation sont fortement contrôlés par les champignons saprotrophes qui sécrètent de nombreuses enzymes hydrolytiques afin d’accéder à leur principale source de nutriments qui se trouve sous la forme de polysaccharides (cellulose et hémicelluloses). L’hydrolyse enzymatique de ces polymères végétaux engendre une grande diversité de composés de faible poids moléculaire (mono- et oligosaccharides). Ces molécules pénètrent dans la cellule fongique via des systèmes de transporteurs membranaires dont la présence/absence et la spécificité de substrat contribuent à la versatilité métabolique de ces microorganismes du sol. La nature de l’essence forestière affecte fortement la diversité et la composition des communautés fongiques. Dans ce contexte, nous avons émis l’hypothèse que les communautés fongiques sélectionnées par les différentes essences forestières diffèrent entre elles par la diversité des mécanismes qu’elles mettent en place lors du processus de décomposition de la matière organique d'origine végétale et lors du transport des produits de dégradation ; et que de ce fait chaque communauté fongique est spécifiquement adaptée à la nature de la litière produite par l’espèce végétale considérée. Par des approches de séquençage haut-débit d’amplicons générés à partir d’ADNc environnementaux, nous avons analysé la diversité des transcrits codant des protéines fongiques impliquées à la fois dans la dégradation des polysaccharides végétaux et dans le transport des sucres issus de cette hydrolyse enzymatique au sein de sols localisés sous des forêts de hêtres et d’épicéas. L’analyse des données obtenues a mis en évidence des transcrits jusqu’alors inconnus et spécifiquement retrouvés pour plus 80% d’entre eux sous l’un des deux couverts végétaux conduisant ainsi à un effet significatif de l’essence forestière sur la composition des gènes exprimés par les communautés fongiques. Des transporteurs potentiellement spécifiques du mannose ont été détectés, pour la première fois, sous la forêt d’épicéas par une approche de crible fonctionnel dans la levure de banques d’ADNc environnementaux. Or, cette essence forestière est connue pour posséder d’importantes quantités de mannose au niveau de ses hémicelluloses. Les résultats obtenus au cours de cette thèse soulignent l’importance d’étudier la diversité fonctionnelle des communautés fongiques pour comprendre l’impact du couvert végétal sur leur composition et le fonctionnement des écosystèmes forestiers / The degradation of plant biomass is an essential process for the proper functioning of forest soils and terrestrial carbon cycling. Mechanisms involved in these processes are strongly controlled by saprotrophic fungi which secrete several hydrolytic enzymes to access at their primary nutrient sources found under the form of polysaccharides (cellulose and hemicelluloses). Enzymatic hydrolysis of plant polymers releases a high diversity of low molecular weight compounds (mono- and oligosaccharides). These molecules enter in fungal cell using transmembrane transporter systems. Consequently, the presence/absence and the substrate specificity of these transporters might contribute to the metabolic versatility of soil fungi. Several studies have demonstrated that tree species strongly affect diversity and composition of fungal communities. In this context, we hypothesized that the fungal communities selected by the different tree species expressed specific lignocellulolytic enzymes and sugar transporters; and thereby each fungal community was specifically adapted to the nature of litter produced by the tree species considered. We assessed, by the high-throughput sequencing of gene-fragments amplified from soil cDNA, the impact of tree species (Beech vs Spruce) on the diversity of genes encoding either lignocellulolytic enzymes or sugar porters expressed by soil fungi in two mono-specific forests. Our results revealed that most detected genes, encoding either lignocellulolytic enzymes or sugar transporters, have an unknown origin and are specifically found (for more than 80% of them) in one of the two forest soils. This work showed a significant “tree species effect” on the composition of functional genes expressed by soil fungi and suggests that beyond the species level, functional diversity of fungal communities must be addressed to better understand ecosystem functioning. Moreover, by using a functional metatranscriptomic approach, we identified functional transporter sequences differing with respect to their substrate specificities. From a spruce cDNA library, and for the first time, we identified high affinity or mannose specific transporters. Coincidently, as opposed to beech, spruce is indeed a tree species with a large proportion of mannose in its hemicelluloses

An elaboration and characterization of the composites of polyethylene terephthalate (PET) reinforced with hemp fiber for thermoforming applications deal with significant challenges faced by the bio-composite industry vis-à-vis high temperature melting thermoplastics reinforced with vegetal fibers. The originality of this work includes processing such composite material while avoiding thermal degradation and using the resultant composite which is normally brittle for thermoforming, based on large deformations. Most of the previous works have only involved low temperature melting thermoplastics reinforced with natural fibers although high temperature melting thermoplastics have an important potential in numerous applications. During the past decades, the volume and types of natural fibers used as reinforcements for bio-composites applications have increased significantly. Such trend has been particularly observed in the group of vegetal fiber-reinforced composites, also known as ligno-cellulosic fiber-reinforced composites, which are found in construction, automobile, aerospace and bio-medicine to name a few. However, those applications are for the most part either made of polyolefin matrices or polymers whose highest melting points are close to 200°C. Despite its high melting point, Polyethylene terephthalate (PET), similar to other polyesters and highly polar matrices, shows good affinity for reinforcement by ligno-cellulosic or vegetal fibers such as hemp. This work aimed at achieving a dual objective: First to extend the elaboration of ligno-cellulosic fiber-reinforced composite materials to the range of higher temperature melting thermoplastics (Tm>200°C) and secondly to study the thermoformability of the processed PET-hemp fiber composites in order to determine the optimal formulation for thermoforming, as well as its optimal conditions. In the plastic industry, the thermoforming process is essentially based on heating extruded sheets to a temperature between the glass transition temperature (Tg) and the melting point, where large deformations occur. Both objectives are quite challenging: For the first objective, there is a risk of hemp fiber degradation due to the temperature gap between the melting point of PET (Tm~250°C) and the onset of thermal degradation of vegetal fibers (Td~190˚C) and concerning the second objective, thermoforming requires large deformations although bio-composites are generally brittle. The mentioned challenges were strategically overcome by modifying both the matrix and the fibers. Furthermore, five formulations with 1, 5, 10, 15 and 20% (w/w) fiber concentrations were investigated for their mechanical, thermal, structural and rheological properties; the best formulation was selected for numerical thermoforming. The fibers were modified by alkaline treatment to increase their thermal stability, while PET’s melting point was depressed by a ten of degree by compounding with polycaprolactone (PCL) using a torque based mixer. The numerical thermoforming was finally performed by an optimized application of the ThermoForm© code to the previously determined composite parameters. The following major observations were made in different sections of this research. The mechanical properties of PET-hemp fiber composites showed similar variations with those of other natural fiber reinforced composite materials reported in the literature. •In the presence of the applicable additives such as pyromellitic dianhydride (PMDA), glycidyl methacrylate (GMA) and clay, the elastic modulus of PET-5% (w/w) PCL-Additives increased by 10 to 20% with respect to the unreinforced formulation and 2 to 10% with respect to the reinforced formulation without additives. However, all the formulations were significantly brittle and their strain at break decreased from over 40 to about 4%. Their maximum force was also lowered by up to 4% with respect to virgin PET. •In the absence of additives, the elastic modulus and the maximum force of PET-5% (w/w) PCL-5% (w/w) - (1, 5, 10, 15 and 20% (w/w)) hemp fibers increased logarithmically with the fiber concentration, while the strain at break dropped below 5%. An improved interface quality without additives is an indication of the possible hydrogen bonding between the carbonyl groups of PET and the hydroxyl groups of hemp fibers. The remaining investigation was then performed without additives. All the composite formulations proved to be thermally stable until 315°C as an indication for their ability to undergo multistage processing. Two thermo-degradation ranges were observed from 290 to 385°C and from 385 to 490°C respectively. They were respectively described by the Sestak-Berggren and the truncated Sestak-Berggren models. Similar observations were made for the formulations compounded with the mixing chamber heated at 240, 250 and 250°C. Consequently, the numerical thermoforming process was restricted to the group compounded at 250°C. The rheological properties fitted with the ThermoForm® code indicated the suitability of the Christensen model to describe the visco-elastic behavior of the investigated composite formulations. The numerical variations of various forming parameters indicated a partition of the formulations into two groups reinforced by 0, 1 and 5% (w/w) for the first, and 10 and 15% (w/w) for the second. The first group was better suited for both the free forming and the thermoforming process. However, a more powerful air flow is needed for forming of PET -1% (w/w) hemp, leaving PET-5% (w/w) hemp as the best thermoformable alternative with respect to the process cost and in-service performance. The second group showed a relatively poor performance which can be attributed to the fiber’s partial thermo-degradation resulting from processing larger fiber volume with respect to the limited available matrix. Although PET-hemp fiber composites have been successfully formulated and their behavior towards the thermoforming process numerically investigated, a fine tuning of the processing conditions will be the object of future work alongside the valorization of higher fiber loads through targeted applications requiring woven reinforcements. L’élaboration et la caractérisation des composites de polyéthylène téréphtalate (PET) renforcés de fibres de chanvre pour des applications en thermoformage adresse des défis majeurs auxquels est confrontée l’industrie des bio-composites concernant le renforcement des polymères ayant des hauts points de fusion avec des fibres d’origine végétale. La contribution originale de ce travail a un impact significatif sur l’industrie des plastiques. En outre il concerne le renforcement d’un polymère thermoplastique ayant un point de fusion élevé avec des fibres naturelles tout en évitant la thermo-dégradation, et procède à la mise en forme du produit qui est normalement cassant, par le thermoformage basé sur les grandes déformations. Durant les dernières décennies, on a assisté à une augmentation significative du volume et des types de fibre naturelle comme renforts des bio-composites utilisés dans divers secteurs d’activité. L’on retrouve les composites dont les renforts sont des fibres naturelles, encore appelés bio-composites dans divers domaines à l’exemple de la construction, la biomédecine, l’aérospatial, et l’automobile; cependant ces applications sont pour la plupart soit restreints aux matrices de type polyoléfine ou des polymères dont le point de fusion maximal est proche de 200°C. Le PET, tout comme d’autres matrices de type polyester ou de grande polarité ayant des hauts points de fusion, présente une plus haute affinité de renfort avec des fibres lignocellulosiques ou fibres naturelles à l’exemple des fibres de chanvre. Ce travail vise deux objectifs principaux, à savoir étendre l’élaboration des matériaux bio-composites au groupe de matrices qui fondent à haute température (Tm>200°C), ensuite faire une mise en œuvre des applications de ce type de composite par thermoformage. Le thermoformage des plastiques-composites est un procédé de mise en forme basé essentiellement sur le chauffage des feuilles extrudées entre le point de transition vitreuse (Tg) et le point de fusion, suivi d’une grande déformation. Les deux objectifs présentent beaucoup de défis, à savoir dans un cas éviter la dégradation thermique des fibres de chanvre causée par la différence entre le point de fusion du PET (Tm~250°C) et la température initiale de dégradation des fibres naturelles (Td~190°C), et faire le thermoformage d’un matériau cassant alors que le processus est basé sur les grandes déformations. Les défis rencontrés ont été stratégiquement relevés en combinant la modification des fibres et de la matrice. Ensuite, des formulations de composites renforcés de 1, 5, 10, 15 et 20% (w/w) de fibres ont été mises en forme, testées au point de vue mécanique, thermique, structural, et rhéologique. La stabilité thermique des fibres a été améliorée par traitement alcalin et la température de fusion du PET a été abaissée d’une dizaine de degré par mélange avec le polycaprolactone (PCL) dans un mélangeur à torque. Finalement, le thermoformage numérique a été réalisé en appliquant le code ThermoForm® aux paramètres des composites déterminés initialement. Les observations suivantes ont été faites dans diverses sections de cette recherche. Les variations des propriétés mécaniques des composites de PET renforcés de fibres de chanvre sont similaires aux comportements d’autres composites renforcés de fibres naturelles que l’on trouve dans la littérature. • En présence des additifs tels que le dianhydride pyromellitique (PMDA), le méthacrylate de glycidyle (GMA) et l’argile, le module d’élasticité de PET-5% (w/w) PCL-Additifs augmente de 10 à 20 % par rapport à la formulation sans renfort et de 2 à 10% par rapport à la formulation renforcée sans additifs. Cependant, toutes ces formulations étaient fragiles et leur déformation à la rupture réduite en passant de plus de 40% à 4%. Leur force maximale a aussi connu une réduction de près de 4% par rapport au PET vierge. • En l’absence des éléments additifs, le module d’élasticité et la charge maximale supportée par les formulations de PET-5% (w/w) PCL- Additifs - (1, 5, 10, 15 et 20% (w/w)) augmentent de façon logarithmique avec le taux de renfort, alors que la déformation à la rupture a été rabaissée jusqu’à une valeur maintenue au-dessous de 5%. L’interface qui en résulte présente une qualité améliorée en absence des additifs, ce qui indique la possibilité d’existence des liaisons d’hydrogène entre les groupements carbonyles du PET/PCL et les fonctions hydroxydes des fibres de chanvre. Le reste de l’étude a ainsi été réalisé sur les formulations sans additifs. Toutes les formulations de PET renforcées de fibres de chanvre étaient thermiquement stables jusqu’à 315°C, ce qui est une indication de leur aptitude au moulage à plusieurs étapes. Deux plages de dégradation thermique ont également été observées entre 290 et 385°C et entre 385 et 490°C. Elles étaient décrites respectivement par les modèles de Sestak-Berggren et de Sestak-Berggren tronqué. Des observations similaires étaient faites pour les formulations mélangées avec des enceintes chauffées à 240, 250 et 260°C. Ainsi donc, le thermoformage numérique s’est limité aux formulations mélangées à 250°C. Les tendances des propriétés rhéologiques déterminées par le code ThermoForm® ont indiqué l’effectivité du modèle de Christensen pour la description du comportement viscoélastique des formulations étudiées. Les variations numériques des paramètres de moulage indiquent la partition des formulations en deux groupes dont le taux massique du renfort est de 0, 1 et 5% pour le premier, et 10 et 15% pour le second. Le premier groupe est plus adapté aux moulages de types libre et par thermoformage; cependant, une grande puissance d’air soufflé est nécessaire au moulage de la formulation renforcée de 1% de fibres, ce qui fait de la formulation renforcée de 5% de fibres la seule alternative selon les coûts du procédé et la performance fonctionnelle. Le second groupe a montré une performance relativement faible qui est attribuable à la dégradation thermique partielle causée par le moulage d’un important volume de fibres par rapport à la matrice disponible. Dans ce travail, le PET renforcé de fibres de chanvre a été mis en forme avec succès et une étude de son comportement face au thermoformage a été faite; cependant, le peaufinage des conditions de mise en œuvre fera l’objet des travaux futurs ainsi que la valorisation de plus grands taux de renfort à travers des applications nécessitant des renforts tissés.

Cette thèse étudie le rôle des institutions dans la compréhension du processus de déforestation dans les pays en développement. L'approche retenue est celle de la nouvelle économie institutionnelle qui définit les institutions comme le cadre incitatif d'une économie, qui structure les interactions économiques des individus. Le cadre institutionnel est donc un élément à part entière du système économique, qui agit sur l'environnement humain à travers la modulation des incitations des agents. A ce titre, les institutions jouent donc un rôle majeur dans le processus de conservation ou de conversion des forêts. L'analyse de ce rôle est la problématique centrale de cette thèse et s'articule autour de trois grandes parties: (1) le rôle de la persistance des institutions ou rôle de l'histoire dans la compréhension de celui des institutions, (2) le rôle de la demande de bonne gouvernance, et (3) le rôle des institutions comme élément catalytique conditionnant l'effet de causes plus directes de la déforestation. La première partie conclut sur le rôle majeur de la prise en compte des legs légaux et coloniaux pour expliquer l' effet des institutions sur la déforestation. La seconde partie explique le rôle majeur de la demande de bonne gouvernance pour préserver la forêt, en étant un substitut (complément) d'une mauvaise (bonne) offre de bonne gouvernance. Enfin, la troisième partie de la thèse suggère de comprendre les institutions comme un facteur catalytique de la déforestation qui permet de comprendre l' effet des causes directes de celle-Ci telles que la productivité agricole des fermes de l'Amazonie Légale, ou les comportements stratégiques entre communes du Paraná dans la création de parcs municipaux. / This thesis investigates the role of institutions on deforestation within the framework of the New Institutional Economics. This theory states that institutions can be defined such as the incentive systm wich shape economic interactions throughout the modulations of the incentives of agents. This way, institutions are at stake in the process of deforestation and the analysis of this role is the core of this thesis, articulated around three parts : the role of institutional persistence (1), the importance of the deman for good governance (2) and the implications of institutions and governance system as an underlying framework shaping proximate causes of deforestation (3). The first part stresses the importance of taking into account colonial and legal legacies to understand the role of institutions on deforestation. The second part explains the leading role of the demand for good governance. the third part proposes two micro-Economics applications in Brazil. The role of institutions and governance systmem on forest cover is defined as a catalytic role precipitating the effect of proximate causes on deforestation such as agricultural productivity in the Legal Amazon, or strategic behaviors between counties in the creation of municipal conservation units in the state of Paranà.