Les biomes herbacés africains intertropicaux devraient faire face, dans un proche futur, à des changements drastiques. Les modèles dynamiques de végétation (DGVM) ont des difficultés à simuler les limites actuelles de ces biomes, notamment parce qu’ils ne prennent pas en compte la diversité des couverts herbacés en C4. Il est donc nécessaire de caractériser cette diversité floristique et physionomique afin qu’elle puisse être facilement prise en compte dans les DGVMs, et que les comparaisons modèle/données (phytolithes) soient possibles.Dans cet objectif, les traits physionomiques des graminées en C4 dominantes au Sénégal et en Afrique du Sud ont été répertoriés. Quatre groupes physionomiques ont été statistiquement discriminés. Ils varient avec la distribution spatiale des biomes et les précipitations régionales. Deux groupes sont fortement corrélés à l’indice de surface foliaire (LAI) et à la biomasse herbacée. Au Sénégal ces deux groupes sont bien différenciés par l’indice phytolithique Iph qui est un proxy des couverts herbacés intertropicaux. En Afrique du Sud, les phytolithes n’ont pas permis de tracer l’ensemble de la transition savane/steppe. Ces deux groupes physionomiques remplissent les critères nécessaires à la caractérisation de types fonctionnels de plantes (PFT). L’intégration de ces PFTs dans le modèle LPJ-GUESS améliore la simulation des biomes herbacés actuels et permet de proposer des simulations pour l’horizon 2100. Ces simulations montrent que l’augmentation de la durée de la saison sèche et de la concentration en CO2 atmosphérique devraient favoriser l’expansion simultanée des steppes et des savanes fermées aux dépens des savanes ouvertes. / Intertropical african herbaceous biomes are expected to face drastic changes in a near future. However Dynamic Global Vegetation Models (DGVMs) simulate their modern boundaries with poor accuracy, especially at the regional scale. DGVMs fail to consider the diversity of their C4 grass cover. Efforts are thus needed to characterize this floristic and physiognomic diversity in a way that can be used for enhancing DGVMs simulations, and enabling model/data (phytoliths) comparisons. For that purpose, physiognomic traits of dominant C4 grass species settled in Senegal and South Africa were listed. Four grass physiognomic groups were statistically identified. The abundance of four of them significantly varied with biome distributions and regional precipitation. Two grass physiognomic groups were additionally strongly correlated with leaf area index (LAI) and grass biomass. In Senegal, those two groups were also well traced by the Iph phytolith index which is a tropical grass cover proxy. In South Africa the limited set of phytolith data did not allow to observe the full savanna/steppe transition. The two physiognomic groups finally fulfilled the criteria required for creating Plant Functional Types (PFTs). Those new PFTs, parameterized in the LPJ-GUESS DGVM, enhanced the simulation of modern herbaceous biomes distribution in Senegal and South Africa. Simulations were additionally performed for the 2100 horizon. They evidence that the increase of both length of the dry season and atmospheric CO2 concentration should favor the simultaneous spread of steppes and closed savannas at the expense of open savannas.

Les couvertures végétales herbacées peuvent être utilisées non seulement pour revégétaliser les sols mis à nu, mais aussi pour contrer l’établissement d’arbres dans des écosystèmes naturels et semi-naturels. Cependant, la sélection des espèces permettant de composer des mélanges efficaces soulève des difficultés importantes encore aujourd’hui. De plus, garantir que les mélanges herbacés les plus efficaces dans une expérience de diversité peuvent être transposés dans des conditions réelles est un autre défi soulevant de l’incertitude lors de la mise en œuvre d’un plan de revégétalisation. La prise en compte des mécanismes spatiaux, abiotiques et biotiques est également cruciale pour comprendre comment les couvertures herbacées et les espèces ligneuses interagissent. Dans ce contexte, l'objectif principal de cette thèse fut d'améliorer le choix des espèces herbacées et d'approfondir notre compréhension des mécanismes biotiques, abiotiques et spatiaux impliqués dans l'inhibition des espèces ligneuses. Le premier objectif de cette thèse fut d'examiner la contribution de la composition et de la diversité (taxonomique et fonctionnelle) des espèces herbacées à l'établissement de deux espèces ligneuses indigènes, Acer rubrum et Betula populifolia, sur une période de trois ans. Le deuxième objectif fut d'évaluer l'efficacité de mélanges herbacés contenant Achillea millefolium et Solidago canadensis dans des conditions réelles de terrain pour contrer l'établissement d'espèces ligneuses (Acer negundo, Robinia pseudoacacia et Rhamnus cathartica), tout en tenant compte de facteurs locaux tels que les propriétés du sol, l'espace et la diversité alpha (taxonomique, fonctionnelle et phylogénétique) de la communauté herbacée résidente. Le troisième objectif fut d'élucider la relation entre les mycorhizes à arbuscules (MA) et le fitness des semis d'Acer rubrum. Ce dernier objectif comprenait également l'évaluation de l'influence sur le fitness des semis d'Acer rubrum de plusieurs facteurs, tels que les mélanges d’herbacées initiaux, l'abondance de la couverture, les propriétés du sol, ainsi que la densité et la richesse des couvertures végétales au sol et en surface. Pour atteindre ces objectifs, nous avons réalisé trois expériences : une expérience de diversité en conditions contrôlées dans une friche régulièrement fauché, une expérience de diversité en conditions de terrain et une expérience de rétroaction plante-sol en serre. Nos résultats ont mis en évidence que, dans des conditions contrôlées, les mélanges diversifiés et certaines espèces telles que Achillea millefolium et Solidago canadensis sont les moteurs d'une plus grande efficacité dans la prévention de l'établissement des arbres (c'est-à-dire Acer rubrum et Betula populifolia). Cependant, dans des conditions réelles de terrain et sur différentes espèces ligneuses colonisatrices (Acer negundo, Robinia pseudoacacia et Rhamnus cathartica), une revégétalisation réussie nécessite de prendre en compte à la fois l'efficacité des mélanges dans des conditions idéales et leur polyvalence écologique. Nos principales conclusions ont également mis en évidence que l'abondance relative des champignons mycorhiziens influençant la performance des semis d’Acer ne peut pas être prédite ni par les propriétés du sol ni par la structure de la communauté herbacée sur le terrain. En plus, certains mycorhizes à arbuscules (Dominikia sp. et Ambispora sp.) peuvent être liées à des effets négatifs sur les espèces ligneuses (Acer rubrum). En résumé, les trois projets de recherche présentés dans cette thèse ont permis d'identifier des mécanismes écologiques pertinents affectant les espèces ligneuses tels que l'identité des espèces herbacées considérées dans les mélanges, le rôle de la versatilité écologique des espèces herbacées, l'influence de mécanismes multiples, ainsi que le rôle des champignons mycorhiziens. Les résultats de cette thèse sont sujet, évidemment, à certaines limitations expérimentales et méthodologiques à prendre en compte dans l’éventualité d’une utilisation en conditions réelles ou lors de travaux de recherche futures. Les recherches futures pourraient par exemple explorer ces limites et identifier des mécanismes supplémentaires pour améliorer l'efficacité des efforts de revégétalisation dans des contextes de revégétalisation écologique. / Herbaceous plant covers can be used not only to revegetate bare soil but also to inhibit tree encroachment in many managed and semi-natural grasslands. However, selecting the right species to build effective mixtures has posed challenges until now. Defining if the most effective herbaceous mixtures in diversity experiments can be applied in real field conditions and over different woody species is even another challenge posing incertitude in a revegetation plan. Addressing spatial, abiotic, and biotic mechanisms is also crucial to understanding how herbaceous covers and woody species interact. Taking this into account, the main objective of this thesis was to improve the choice of herbaceous species and to deepen our understanding of the biotic, abiotic and spatial mechanisms involved in the inhibition of woody species. The first objective of this thesis was to examine the contribution of herbaceous species composition and diversity (taxonomic and functional) against the establishment of two native woody species, Acer rubrum and Betula populifolia, over 3 years. The second objective was to evaluate the efficacy of herbaceous mixtures containing Achillea millefolium and Solidago canadensis under real field conditions to suppress woody establishment (Acer negundo, Robinia pseudoacacia and Rhamnus cathartica), while considering local factors such as soil properties, space and alpha diversity (taxonomic, functional and phylogenetic) of the resident herbaceous community. The third objective was to unravel the relationship between arbuscular mycorrhiza fungi (AMF) and Acer rubrum seedling fitness. This objective also included the evaluation of the influence of several factors on Acer rubrum seedling fitness, such as initial treatments, cover abundances, soil properties, as well as the density and richness of ground and surface vegetation covers. To tackle these objectives, we carried out three experiments: a diversity experiment under controlled conditions in a regularly mown old field, a diversity experiment under field conditions, and a greenhouse plant-soil feedback experiment. Our results highlighted that, in controlled conditions, diversified mixtures and certain species such as Achillea millefolium and Solidago canadensis as drivers of higher efficiency in preventing tree establishment (i.e. Acer rubrum and Betula populifolia). Yet, in real field conditions and over different woody species colonizers (i.e., Acer negundo, Robinia pseudoacacia and Rhamnus cathartica), successful revegetation requires considering both mixture effectiveness in ideal conditions and their ecological versatility. Our key findings also highlighted that the relative abundance of mycorrhizal fungi influencing the performance of Acer seedlings cannot be predicted by either soil properties or the structure of the herbaceous community in the field. Additionally, certain arbuscular mycorrhiza (i.e., Dominikia sp. and Ambispora sp.) can be linked to negative effects on woody species (i.e., Acer rubrum). In summary, the three research projects presented in this thesis allowed the identification of relevant ecological mechanisms affecting woody species such as the identity of the herbaceous species considered in the mixtures, the role of the ecological versatility of herbaceous species, the influence of multiple mechanisms, as well as the role of mycorrhizal fungi. The results of this thesis have experimental and methodological limitations that must be considered when used in real-life conditions or future research. Further research could explore these limitations and identify additional mechanisms to improve the effectiveness of revegetation efforts in ecological contexts.