The objective of this study was to develop integrated systems for measurement and modelling of site quality, timber yields and carbon sequestration of Pinus pinaster established on farms in south-west Australia. Established farm plantings were identified for the necessary sampling and measurements but, as broadscale P.pinaster planting on farms is a relatively new venture, those available for study were mostly small-scale and not managed for current timber production objectives. Therefore new methods for sampling, data analysis and modelling were developed or adapted to indicate the growth and carbon sequestration that will be achieved in the new plantations. The system developed for site quality assessment is a two-stage process. Firstly, survival rate is predicted from annual pan evaporation and soil salinity. Then, site index (SI) is predicted from annual rainfall and six soil variables: soil salinity, depth to bedrock, depth to gravel layer, depth of pale soil, presence of high watertable, and soil colour at 5 cm soil depth. A difference equation form of the Chapman-Richards growth model is applied to predict future stemwood volume yield from measurement of current or past stemwood volume. Alternatively, in the case where P.pinaster has not been grown at a site, or no growth measurements are available, yield is predicted from SI. In both cases the yield prediction models were developed for fully-stocked block plantings, wider-spaced block plantings and belt plantings. A thinning model simulates the response of stemwood volume to thinning operations in block plantings. (For complete abstract open document)

La biodégradation du bois est étudiée pour comprendre et quantifier l’endommagement mécanique résultant. Il apparaît que le bois, et notamment le pin maritime, est sensible à une attaque fongique, faisant baisser sa résistance (en compression ou en fissuration) avant même la constatation d’une perte de masse. Cette observation oblige à développer des outils de détection précoce, comme la relaxométrie RMN, pour détecter l’apparition d’un pathogène sur des structures bois de plus en plus encouragées. Par ailleurs, l’emploi de composites à base de bois s’avère justifié pour rendre durable le matériau, et présente un avantage écologique, grâce au recyclage des éléments comme le plastique. Cet argument « vert » est d’une importance grandissante et requiert le développement de nouveaux procédés de préservation du bois. Ainsi, cette thèse étudie aussi le comportement à plus ou moins long terme des bois imprégnés d’anhydrides et d’huile d’origine végétale, ou encore du bois traité thermiquement. Des domaines autres que la mécanique sont abordés, afin d’expliquer l’ensemble des phénomènes intervenant durant une dégradation et comprendre les axes d’amélioration dans cette discipline « vivante ». / Wood biodegradation is studied in order to understand and quantify the mechanical damage. Wood, and especially maritime pine, is sensitive to a fungal attack that causes a decrease of its strength (compression or fracture resistance), before a weight loss occurs. This requires developing or ameliorating the tools of early detection, such as NMR relaxometry, in order to detect the appearance of a pathogen in wooden structures that are more and more appreciated. Besides, wooden composites are a good alternative to make the material more durable, and are ecologically interesting, as they permit to recycle some element, like plastics. This “green” effect is of main importance, which implies a development of new ways in wood preservation. This thesis, led in a short as well as in a long term scale, also studies the behaviour of wood, impregnated with anhydrides or oils from a vegetal origin, or even heat-treated wood. Not only mechanics is described, so that many phenomena are explained and perspectives are clarified.

Les propriétés du bois de pin maritime varient aux niveaux chimique, anatomique et mécanique. Six types de bois peuvent être trouvés au sein d’un même arbre : bois précoce, bois tardif, bois de couronne, bois de base, bois de compression et bois opposé. Au cours de cette thèse, nous avons testé l’hypothèse selon laquelle la variabilité phénotypique des propriétés de bois, serait liée à l’expression différentielle des protéines lors de la xylogénèse. Par une approche protéomique basée sur l’électrophorèse bidimensionnelle et la spectrométrie de masse en tandem (LC ESI MS/MS), nous avons identifié 165 protéines différentiellement exprimées le long d’un gradient d’âge cambial (bois juvénile vs. bois mature) ainsi que 93 protéines différentiellement exprimées au cours de la saison de végétation (bois de printemps vs. bois d’été) chez le pin maritime. Une analyse chimique complémentaire des échantillons a été réalisée par pyrolyse analytique. Nos résultats montrent que le xylème secondaire formé en début de saison ainsi que celui qui est initié par un cambium jeune présentent une sur-expression de protéines participant à la division cellulaire. Dans le xylème issu d’un cambium âgé ou formé à la fin de l’été nous avons mis en évidence des protéines impliquées dans la défense cellulaire (dont le rôle serait de retarder la mort cellulaire programmée), ainsi que des protéines impliqués dans la biosynthèse des éléments constitutifs de la paroi. Cette étude contribue à renforcer nos connaissances sur les acteurs moléculaires intervenant lors de la xylogénèse. Elle ouvre par ailleurs des pistes de recherche sur la détection de gènes impliqués dans le contrôle génétique des propriétés du bois dans un objectif de sélection assisté par marqueurs. / Wood properties in maritime pine are highly variable at chemical, anatomical and mechanical levels. Six types of wood can be found in a single tree, early wood, late wood, crown wood, base wood, compression wood and opposite wood. In this thesis report, we tested the hypothesis that the observed variability at the phenotypic level, can be bound to the differential expression of proteins during the process of wood formation. We use the tools of proteomics, Bidimensional electrophoresis and LC ESI MS/MS for the discovery of 165 proteins differentially expressed in a cambial age gradient, (from base wood to crown wood), an 93 overexpressed proteins in a seasonal gradient (from early wood collected at the beginning of the growing season, to late wood, collected at summer) Complementary, chemical characterization of the samples was performed using analitycal pyrolisis. Our results showed that the secondary xylem formed at the beginning of the growing season, and the xylem formed by a young cambium, present a overexpression of proteins participating in the intense cell division, characteristical of those tissues, e.g. Biogenesis of cytoskeleton and hemicelluloses, RNA transcription, synthesis, folding and modification of proteins. In the xylem formed at the base of the trunk and at the end of the growing season we have found an over-expression of proteins from cell defense (they role will be to delay programmed cell death) and cell wall formation related proteins e.g. lignin biosynthesis. This study contributes to reinforce our knowledge over the molecular actors involved in the xylogenesis process. It opens, in another hand , research guides for the detection of genes involved in the genetic control of wood properties towards an objecive of marker assisted selection.

Les travaux réalisés lors de cette thèse s’effectuent dans le cadre du projet FIXAPIN. Ce projet, financé par la région Nouvelle Aquitaine, est mené en collaboration avec différentes entreprises (Gascogne Bois, Bardage Bois Neoclin, Lesbats Scieries d’Aquitaine, Scierie Labadie et FPBOIS) spécialisées dans le domaine du sciage du bois de pin maritime et l'Institut technologique FCBA. L’objectif du projet est de limiter voire d’empêcher l’exsudation de la résine généralement observée sur la surface des planches de bois de pin maritime utilisées en extérieur comme bardage. L’exsudation de la résine est un frein important à l’utilisation de ce bois en extérieur et ces recherches s’inscrivent dans une démarche d’amélioration continue de la qualité des produits de la filière du pin maritime.Le bois de pin maritime peut présenter un taux de résine supérieur à 10 % de sa masse. La résine est constituée d’environ 70 % de colophane (fraction solide) et de 30 % d’essence de térébenthine (fraction liquide et volatile). À la suite d’essais préliminaires, les recherches réalisées lors de cette thèse se sont concentrées sur l’optimisation du cycle de séchage du bois afin de fixer la résine dans les planches. Les propriétés thermiques de la résine associée à des analyses physico-chimiques ont été étudiées afin de mettre en place des procédures de séchage optimisées ayant pour but d’augmenter la température de ramollissement de la résine à un seuil supérieur à la température maximum atteignable par un bardage extérieur.Les résultats ont permis de démontrer l’efficacité d’un séchage/traitement thermique du bois à haute température (> 120 °C) permettant d’envisager la poursuite de ces travaux aux échelles pilotes puis industrielles. De plus, des séchages longs à basse température (< 60 °C) peuvent également représenter une voie prometteuse concernant le séchage du bois en séchoir traditionnel. / The work realised in the context of this thesis is carried out within the FIXAPIN project. This project, funded by the Nouvelle Aquitaine council, is carried out in collaboration with several companies (Gascogne Bois, Bardage Bois Neoclin, Lesbats Scieries d'Aquitaine, Scierie Labadie and FPBOIS) specialized in the sawing of maritime pine wood and the FCBA Technological Institute.The aim of the project is to limit or even to prevent the exudation of the resin generally observed on the surface of maritime pine wood boards used outdoors as wood siding. The resin exudation is a major constraint to the external use of this wood and this research project is part of a continuous improvement process of the maritime pine products quality.Maritime pine wood can have a resin amount greater than 10% of its mass. The resin consists approximately of 70% rosin (solid fraction) and 30% turpentine (liquid and volatile fraction). Based on preliminary tests, the research carried out during this thesis focused on optimizing the wood drying process in order to fix the resin in the wood boards. The thermal properties of the resin associated with physico-chemical analyses were studied in order to implement optimized drying procedures to increase the resin softening temperature to a threshold higher than the maximum temperature attainable by an exterior siding.The results have demonstrated the effectiveness of drying / heat treatment of wood at high temperature (> 120 ° C) to allow the pursuit of this work at pilot than industrial scales. Furthermore, long drying at low temperatures (<60 ° C) may also be a promising approach regarding the wood drying process in traditional kilns.

Les avancées scientifiques dans les plantes, les technologies de transformation, les biotechnologies permettent d’envisager à terme que des produits de la chimie verte du carbone renouvelable, substituables et compétitifs, remplaceront ceux issus des matières fossiles. En effet, l’un des grands thèmes de recherche actuelle en chimie est la chimie dite "propre". Dans ce cadre, le projet proposé vise une double valorisation de déchets issus de la filière "bois". La première valorisation concerne l’isolation de molécules extractibles, qui sont présentes en très faible quantité dans les matériaux lignocellulosiques, donc des produits à forte valeur ajoutée. La seconde valorisation concerne la transformation du résidu, après isolation des extractibles, en charbon actif, autre matériau à forte valeur ajoutée. Le procédé proposé concerne donc le secteur de la « chimie verte » avec une approche intégrée de « valorisation des déchets ». Nous avons utilisé comme matière première des déchets de pin maritime des Landes sous forme de sciure, à partir desquels nous avons extrait les composés volatils à partir de différents procédés intensifiés tels que les microondes et les ultrasons. L’huile obtenue a été caractérisée en déterminant sa quantité (rendement), sa composition, sa capacité antioxydante, la quantité en polyphénols qu’elle renferme, sa microstructure, etc. Afin que la valorisation de ces déchets soit totale, les résidus solides ont subi une pyro-activation physique avec du CO2 et de la vapeur d’eau comme agents activants pour produire du charbon actif. Une optimisation a été effectuée à partir des réponses suivantes : la surface BET, la taille des pores par adsorption d’azote à 77 K et les propriétés d’adsorption du charbon actif en phase aqueuse (paramètres de Langmuir et Freundlich). / The scientific advances in plants, processing technologies, biotechnology allow considering that the products of renewable carbon green chemistry, substitutable and competitive will replace the products issued from fossil material. In this framework, this project concerned a double valorization of waste from wood sector. The first valorization concerned the isolation of extractable compounds which are present in low quantities and could be considered as a high added value product. The second valorization deals with the transformation of the residue in another high added value product : the activated carbons. Thus, the proposed process concerns the sector of "green chemistry" with an integrated approach of "waste valorization". In the framework of this study, we used as raw material sawdust of maritime pine (pinus pinaster) from Landes area from an isolation of volatiles extracted by some intensified processes such as microwave and ultrasounds. The obtained oil was characterized by determining the quantity (yield), the composition, the antioxidant capacity, the polyphenols content and by studying the microstructure. To achieve a total valorization the residues were submitted to a pyro-activation with CO2 and water vapor as activating agents to produce an activated carbon. An optimization was carried out according to different responses as the BET surface, the pores size by nitrogen adsorption at 77 K and the adsorption properties of activated carbon in aqueous phase (Langmuir et Freundlich parameters).

This paper analyzes the anatomical response of Pinus pinaster Ait. following wounding by flash floods. A total of 14 wood samples were taken from 14 different scarred trees located on the river banks of the Arroyo Cabrera torrent (Spanish Central System). In addition, 20 increment cores were collected from undisturbed and healthy P. pinaster trees to build a local reference chronology. For the injured trees, analysis focused on growth changes in early earlywood (EE) tracheids, namely on differences in (i) lumen size; (ii) cell-wall percentage and cell-wall thickness; (iii) radial length and tangential width of tracheids; as well as (iv) in the abundance of resin ducts in earlywood (EW) and latewood (LW) following wounding. Results indicate that tissues bordering flash-flood wounds are characterized by reduced growth rates and a decrease of EE tracheid lumen area by 51%. In addition, cell-wall percentage increases by 34% in the increment rings formed after the event and significant changes are observed in the radial length and tangential width of EE tracheids. Observations on resin ducts do not yield any significant results. Based on these anatomical parameters, detecting and dating past flash-flood events in growth rings is now possible for Mediterranean species, specifically P. pinaster.

Le Pin maritime (Pinus pinaster Aït.) est la première espèce forestière française en terme de surface boisée. En Tunisie, il est, après le pin d’Alep (Pinus halepensis Mill.) et le pin pignon (Pinus pinea L.), le plus utilisé dans les reboisements. L’estimation de la biomasse des peuplements forestiers est basée généralement sur des relations allométriques. Ces relations sont de deux types : des relations spécifiques à des sites donnés et des équations générales applicables à une vaste région.Dans une première étape de ce travail, on a construit des relations allométriques spécifiques au site du Rimel. Ces équations ont concerné le bois et l’écorce du tronc, le bois et l’écorce des branches, les rameaux, les cônes, les bourgeons et les racines. Les meilleurs modèles d’ajustement obtenus pour tous les compartiments, sont de la forme : W = a Db où W est la biomasse, a et b sont des paramètres à estimer et la variable D désigne soit le diamètre de la branche à son insertion sur le tronc, soit celui du tronc à 1,30 m de hauteur ou DBH. Cette variable a permis d’expliquer 92 % et 95 % de la biomasse et de la branche et de l’arbre, respectivement.Dans une étape suivante on a construit des équations générales de biomasse à partir des données pondérales collectées après abattage de 26 arbres-échantillons choisis dans six sites en Tunisie du nord et de 152 arbres choisis dans quatre sites en lande humide de Gascogne et dont certains appartiennent à des parcelles irriguées et/ ou fertilisées.En ce qui concerne le total aérien, le meilleur modèle obtenu est, également, de la forme W = a Db avec le DBH comme variable indépendante qui permet d’expliquer 98% de la variance de la biomasse. L’addition de la variable âge de l’arbre à ce modèle sous la forme :W = a Db agec a réduit de manière significative, la somme des carrées des résidus d’ajustement de la biomasse des aiguilles et, dans une moindre mesure, de celles du tronc et des branches. Ce modèle à deux variables a permis d’expliquer les variations observées de la biomasse à raison de 98 % dans le cas du tronc, de 79 % dans celui des aiguilles et de 71 % dans celui des branches.Dans une étape ultérieure, les biomasses totales et compartimentales à l’hectare et leurs accroissements annuels ont été estimés à l’aide des équations générales établies et ceci pour l’ensemble des sites concernés par l’étude. Les résultats mettent en évidence, à l’échelle de la parcelle et de la moyenne par arbre, une action conjuguée de l’âge moyen et des facteurs stationnels sur la biomasse aérienne et la productivité nette aérienne de la strate arborée. Par ailleurs, pour la majorité des parcelles étudiées, l’efficience d’utilisation des précipitations dans la production nette de biomasse par arbre et par an, est une fonction puissance de la variable âge moyen du peuplement. Cette variable permet d’expliquer 93% de la variation de l’efficience et l’équation obtenue permet d’estimer l’accroissement annuel de biomasse aérienne à l’hectare de la majorité des sites étudiés.En ce qui concerne l’allocation de la biomasse aux différents compartiments aériens, les résultats montrent que les cônes et les bourgeons accumulent 2,5 % et 0,3 % de la biomasse, respectivement, quel que soit l’âge du peuplement. Quant aux autres réservoirs de biomasse, leur taille relative varie avec l’âge selon une loi logarithmique, croissante dans le cas du bois du tronc et décroissante dans celui des autres compartiments. La variable âge moyen permet d’expliquer 59 % de la variance dans le cas de l’écorce du tronc et 96 % à 99 % de la variance dans celui des branches et des aiguilles.D’autre part, la surface terrière s’est avérée la meilleure variable explicative de la biomasse totale et compartimentale à l’hectare, quel que soit le site. Les meilleurs ajustements obtenus sont de la forme : W = a G b où la surface terrière (G) permet d’expliquer 84 % à 99 % de la variation de la biomasse selon l’âge moyen du peuplement et le compartiment, ce qui atteste de la haute valeur prédictive de cette variable. / Maritime pine (Pinus pinaster Aït.) covers the largest area of the French forest. In Tunisia, it’s after Pinus halepensis Mill. And Pinus pinea L, the most used in reforestations. Biomass estimation of forest populations is generally based on allometric relationships. These relations are of two types: specific relations to a given site and general equations applicable to a vast region. In the first, we have developed specific allometric relationships in a site of one hectare n the forest of Rimel. Biomass compartments are: stem wood, stem bark, branch wood, branch bark, needles, twigs, cones, buds and roots. The allometric relationships are of the form W = a Db, D being either the branch diameter at its insertion on the stem or the stem diameter measured at 1,30m height. These elationships revealed that branch diameter at stem insertion and DBH explained 92 and 95% of variances of the partial and total biomass of branch and tree respectively. After that, some generalized allometric equations were developed for predicting the biomass of aerial components of maritime pine (Pinus pinaster Ait.) using data collected from he southern and northern latitudinal margins of its geographical area. The data comprised aboveground biomass values divided into foliage, branch, stem and minor components collected from 26 trees in Tunisia and 152 trees in France. (...)

Les voies de valorisation actuelles ne permettent pas d'absorber la totalité des coproduits de l'industrie du bois (noeuds, écorces, souches), qui sont des matières riches en composés bioactifs tels que les polyphénols, préférentiellement extraits par des solvants comme l'éthanol ou le méthanol. Le fractionnement aqueux à l'aide d'extracteur bi-vis permet d'obtenir des extraits polyphénoliques à activité antioxydante. Après avoir déterminé l'extractabilité des polyphénols de chaque matière en eau subcritique, les paramètres d'extraction en bi-vis ont été optimisés de façon à d'atteindre des conditions de température et de pression caractéristiques de l'eau subcritique. La présence d'un marqueur spécifique dans les extraits étaye l'hypothèse selon laquelle l'extracteur bi-vis permet d'atteindre les conditions de l'eau subcritique. Les effets des extraits sur la biodégradabilité de pots horticoles dans lesquels ils ont été incorporés ainsi que sur la croissance de plantes mises en culture dans ces pots ont été déterminés. La valorisation de l'extrudat comme matériau pour le thermopressage en panneaux de particules a également été étudiée. / Actual exploitation procedures can not absorb all the wood by-products (knots, barks, stumps), which are potent sources of bioactive compounds such as polyphenols, preferentially extracted by solvents such as ethanol or methanol. Aqueous fractionation has been performed with twin-screw extractors to obtain polyphenolic extracts with antioxidant activity. After having determined the extractability of polyphenols from each byproduct with subcritical water, the parameters of twin-screw extraction were optimized in order to reach temperature and pressure conditions in subcritical water area. The presence of a specific marker in the extracts supports the hypothesis that a twin-screw extractor allows to reach subcritical water conditions. The effects of the extracts on the biodegradability of horticultural pots in which the extracts have been incorporated and on the development of the plants grown in these pots have been evaluated. The valorisation of the extrudate as raw material for thermopressing particle boards has also been studied.

Chez le pin maritime l’embryogenèse somatique, méthode de multiplication végétative performante, n’est pas optimisée la limite étant le contrôle du développement des embryons somatiques (ES). Nos objectifs ont été 1) d’étudier les mécanismes physiologiques, cellulaires et moléculaires précoces contrôlant la différenciation des ES en réponse à une disponibilité en eau réduite 2) d’évaluer pour l'ES cotylédonaire de 12 semaines son état de maturité, son protéome afin de les comparer à l'embryon zygotique (EZ). 1) Pour le 1er objectif, le rapprochement de données de transcriptomique et de protéomique a été entrepris. Nous avons observé une réponse physiologique et moléculaire ABA-dépendante entrainant une transition précoce de la prolifération vers la différenciation des ES (surexpression de protéines impliquées dans la division cellulaire, l'embryogenèse et la synthèse de l'amidon). Une protéine de type germine et une ubiquitine ligase apparaissent comme marqueurs potentiels de l’embryogenèse somatique précoce du pin maritime, alors que la protéine phosphatase 2C marque la réponse adaptative à l’environnement de culture. 2) La maturité de l’ES cotylédonaire a été étudiée aux niveaux physiologiques (masse sèche, teneur en eau) et biochimiques (teneur en protéines totales, en sucres solubles). Des ES de 10, 12 ou 14 semaines se révèlent semblables. Une méthode de classification hiérarchique ascendante basée sur 9 variables explicatives, montre que l’ES est similaire à l’EZ cotylédonaire frais (protéomes présentant 94% d’homologie). Parmi les protéines communes, 3 familles ont été identifiées (protéines de réserve, protéines de réponse au stress HSP, protéines LEA) ainsi que l’aldose réductase et l’adénosine kinase. Nous les proposons comme marqueurs génériques du stade cotylédonaire de l'embryogenèse tardive du pin maritime. L’ensemble des résultats contribue à une meilleure compréhension de l’embryogenèse somatique du pin maritime. / In maritime pine somatic embryogenesis, a powerful method of vegetative propagation, is not optimized the limitation being the control of the somatic embryo (SE) development. Our objectives were 1) To study the early physiological, cellular and molecular mechanisms controlling SE differentiation in response to a reduced water availability 2) to estimate for cotyledonary SE 12 weeks old, its maturity, its proteome to compare them to the zygotique embryo (ZE). 1) For the 1st objective, transcriptomic and proteomic data were combined. We observed a physiological and molecular answer ABA-dependent, inducing an early transition from proliferation towards SE differentiation (surexpression of proteins involved in the cellular division, the embryogenesis and in starch synthesis). A protein of germin type and an ubiquitine ligase appear as potential markers of the early somatic embryogenesis of maritime pine, while the phosphatase protein 2C stands out the adaptive answer to the environment of culture. 2) Cotyledonary SE maturity was studied at the physiological (dry weight, water content) and biochemical levels (total protein content, soluble sugars). SE of 10, 12 or 14 weeks old appeared very similar. A hierarchical ascendant cluster analysis based on 9 explanatory variables, shows that SE is similar to the fresh cotyledonary EZ; proteome profiling further confirmed high similarity (94.5%) between them. Protein profiling revealed biomarkers belonging to 3 large families of proteins (HSP, LEA and storage proteins) or the aldose reductase and the adenosine kinase. We propose them as generic markers of the cotyledonary stage of the late embryogenesis of the maritime pine. All the results contribute to a better understanding of the somatic embryogenesis of maritime pine.

L’objectif de la thèse est d'évaluer l’apport des données satellites dans le suivi saisonnier de la végétation forestière (sous-bois et strate arborée). L'étude a été conduite sur la forêt landaise. Elle est basée sur une série de sept ans d'observations satellitaires décadaires d’un indice de végétation (PVI) et de mesures in situ de la surface foliaire (LAI) du sous-bois et des arbres. Tout d’abord, les observations in-situ ont été analysées. Elles montrent que le sous-bois est le déterminant majeur de la trajectoire saisonnière du LAI de l’ensemble du couvert végétal. Puis, ces informations ont été comparées aux données satellitaires. Il apparaît que la phénologie printanière du PVI renseigne sur celle du LAI du sous-bois. Enfin, ces résultats été exploités à l’échelle régionale et une carte régionale des types de landes a pu être produite. Cette étude ouvre des perspectives en matière d'intégration et de spatialisation des bilans d'eau et de carbone des écosystèmes forestiers à l'échelle régionale. / The aim of this thesis is to assess the potential of the remote sensing data to monitor the seasonal dynamic of the forest vegetation (understory and tree canopy). The study has been carried out on the maritime pine forest in the Southwest of France. It is based on a 7-year time-series of the 10-day vegetation index PVI composite derived from satellite and on in situ leaf area measurements (LAI) of understory and tree story.At first, the in situ observations have been analysed. It shows that the understory vegetation is the main driver of the seasonal dynamic of the whole forest LAI (understory+tree story). Then, these informations have been compared with the time-series of remote sensed PVI . It appears that the spring phenology of the PVI informs directly about the LAI understory one.Finally, these results have been used at the regional scale and a regional map of the lande types has been produced. This study opens some new prospects about integration and spatialisation of water and carbon balance of forest ecosystems at regional scale.