Avec l'augmentation des sécheresses dans les forêts tempérées, la gestion sylvicole envisage de réduire la densité des peuplements adultes pour limiter le déficit hydrique. Cependant, la réduction de la canopée arborée augmente le rayonnement dans le sous-bois et permet le développement de la strate herbacée monopoliste. Nos objectifs étaient de caractériser l'évapotranspiration (ETu) de 4 herbacées monopolistes (Molinia caerulea, Calluna vulgaris, Pteridium aquilinum and Rubus sp.) et de quantifier leur impact sur la teneur en eau du sol (SWC) dans des peuplements de Quercus petraea. L’ETu des quatre herbacées cultivées en pot a été quantifiée en conditions semi-contrôlées caractérisées par deux niveaux d’éclairement relatif et 3 niveaux de SWC. In situ, le SWC, le microclimat et l’ETu de P. aquilinum et M. caerulea ont été mesurés sur 20 dispositifs dans les peuplements forestiers de Q. petraea présentant un gradient croissant de LAI. Chaque dispositif était subdivisé en 2 placettes, l’une était désherbée et l'autre enherbée. M. caerulea et C. vulgaris ont une faible régulation de leur ETu alors que P. aquilinum et Rubus sp. ont une stratégie conservatrice face au stress hydrique. SWC diminue plus rapidement quand le LAI de la strate herbacée augmente, ce qui est directement lié à l’ouverture du couvert arboré avec une valeur seuil de LAI de la strate arborée à 2-3, sous laquelle la contribution de la strate herbacée à l’évapotranspiration du peuplement pourrait compenser la diminution de celle de la strate arborée.Ces résultats montrent la nécessité de considérer la végétation du sous-bois dans la gestion sylvicole notamment lorsque la ressource hydrique est limitante. Ainsi, la réduction de la densité de la strate arborée doit être un compromis entre la réduction de la surface foliaire des arbres pour réduire l’ET, et le maintien d’une densité suffisante de la strate arborée pour limiter la croissance et l'ETu de la végétation du sous-bois. / In the context of ongoing increase of drought in temperate forests, forest managers consider the reduction of stand density to limit soil water depletion. The reduction of tree canopy density increases light below canopy and allows the development of monopolistic understorey vegetation. Our objectives were to characterize the evapotranspiration (ETu) of common understorey plants (Molinia caerulea, Calluna vulgaris, Pteridium aquilinum and Rubus sp.) and to quantify their impacts on soil water content (SWC) in mature oak stands (Quercus petraea).A first experiment was set up in a greenhouse where the 4 understorey species were potted and subjected to 2 levels of light transmittance and 3 levels of SWC. Microclimate and ETu were monitored. A second experiment was carried out on 20 plots (10 with M. caerulea and 10 with P. aquilinum) in oak stands with contrasted LAI. On each plot, two circular areas were set up, one weeded and the other untouched. SWC, microclimate and ETu were monitored.M. caerulea and C. vulgaris are more water spenders, whereas P. aquilinum and Rubus sp. are more water savers under water stress. Soil water depletion was faster with increasing understorey vegetation LAI, which was directly linked to tree canopy opening with a threshold of tree LAI of 2-3 below which the understorey contribution could offset the reduction of tree ET. The experimentations showed that the relative contribution of understory vegetation in the ecosystem water balance is significant, and depends on SWC and on the understorey species identity. These results show the necessity to consider understorey vegetation in forest management when water availability is an issue. Lower tree canopy density could increase the understorey ETu and soil water stress for trees. From a management perspective, thinning should be designed as a compromise between the reduction of tree leaf area to reduce ET, and maintaining sufficient tree canopy to restrict the growth and ETu of understorey vegetation.

En viabilité hivernale, la prévision de l’état de surface des infrastructures s’avère indispensable, et permet une anticipation, une meilleure coordination et une efficacité d’intervention des services d’exploitation. La majorité des pays dispose de modèles de prévision de la température de surface d'infrastructures et des routes en particulier (TSR). La complexité de ces outils d’aide à la décision est croissante, pour servir au mieux les usagers et l’exploitant. Le microclimat urbain influence le bilan énergétique de surface selon différents processus : radiatifs, aérodynamiques et hydrologiques. Néanmoins, d’autres processus physiques anthropiques influencent cette TSR, tel que le trafic. Des travaux ont été menés par le passé concernant l’apport énergétique du trafic dans le bilan thermique de la ville. Celui-ci a fait l’objet d’études sur les périodes estivales et les îlots de chaleur urbains associés. Cependant, dans les cas de dégradations des conditions hivernales de circulation, ces apports énergétiques ont été intégrés de façon marginale dans la modélisation des paramètres de surface de la route. L’absence de cette contribution du trafic dans la modélisation du bilan énergétique de surface explique, dans une certaine limite, la prévision imparfaite de l’état de surface de la route. La bibliographie recense plusieurs études conduites afin d’identifier et de quantifier ces effets du trafic. Elles n'ont pas ou peu traité la perte ou le gain d'énergie causé par le passage des véhicules sur le bilan énergétique de surface, ou sur la modélisation de la TSR. Dans la présente étude, deux approches ont été proposées pour paramétrer le trafic dans le modèle numérique Town Energy Balance (TEB), l'une globale et la seconde détaillée. Leur analyse comparée indique que la seconde a significativement amélioré les résultats de la modélisation de la TSR. Les apports thermiques du trafic ont augmenté la TSR de 2 à 4°C pour la rapprocher des mesures expérimentales (écart de 0.5 à 1°C en moyenne). Elle est le résultat de l’effet cumulatif des différents processus physiques associés au trafic, et varie en fonction de ses paramètres (densité, vitesse de circulation, fluidité, etc.). Une étude de sensibilité a été menée afin d’apprécier les processus physiques responsables de l’amélioration de la TSR. Les résultats indiquent que l’effet turbulent, la densité de flux radiatif ainsi que la densité de flux due aux frottements des pneumatiques contribuent le plus à l'augmentation la TSR. Néanmoins la contribution énergétique de chacun de ces processus dépend à la fois des paramètres du trafic et des conditions météorologiques. Cette étude a présenté également une analyse préliminaire de l’influence de la lame d’eau présente en surface sur la TSR. Cette dernière décroit en fonction de l’épaisseur de la lame d’eau. Les facteurs anthropiques tels que le trafic et l’adjonction de fondants routiers sur la lame d’eau présente en surface sont décrits et discutés, et une paramétrisation proposée en perspectives / In winter maintenance, forecasting the infrastructure surface status is mandatory, to allow anticipation, better coordination and efficiency of services. The majority of countries have forecast models of the infrastructure surface temperature and especially roads one (RST). The complexity of these decision tools is growing, to best serve the users and managers. The urban microclimate influences the surface energy balance according to various processes: radiative, aerodynamic and hydrologic. However, other anthropogenic physical processes influence this RST, such as traffic. Studies have been carried out in the past about the traffic heat input in the town heat balance. These were conducted on the summer periods and associated urban heat islands. However, in case of traffic in adverse winter conditions, these energy contributions were marginally integrated into the modeling of the road surface parameters. The absence of this traffic's contribution in the surface energy balance modeling explains, to a given limit, the imperfect forecasting of road surface status. The literature identifies several studies conducted to identify and to quantify these effects of traffic. They have insufficiently or not treated the loss or gain on energy caused by circulating vehicles on the surface energy balance, or on modeling the RST. In this study, two approaches have been proposed to parameterize the traffic in the Town Energy Balance (TEB) numerical model, this first one being overall and the second one detailed. Their comparative analysis indicates that the second significantly improved the results of the RST modeling. The traffic heat inputs increased RST by 2 to 4°C, results being then closer to experimental measurements (average difference of 0.5 to 1°C). It is the result of the cumulative effect of the various traffic physical processes, and varies according to its parameters (density, vehicle velocity, fluidity, etc.). A sensitivity analysis was conducted to assess the physical processes responsible for the improvement of the RST. The results indicate that the turbulent effect, the radiative heat flux and flux density due to tires friction represent the greatest contribution to RST increase. Nevertheless the energy contribution of each of these processes depends both traffic parameters and weather conditions. This study also presented a preliminary analysis of the influence of a water layer over the surface on the RST. The latter decreases as a function of the thickness of the water layer. Anthropogenic factors such as traffic and the addition of de-icing products into the water layer present on the surface are described and discussed, and a parameterization proposed as a perspective

La culture d’associations de variétés sensibles et résistantes au sein d’une même parcelle permet de réduire la propagation des maladies fongiques foliaires aériennes. L’architecture des plantes a un impact sur la dispersion de spores et le microclimat, mais est rarement prise en compte dans la conception des associations. L’objectif de cette thèse était de comprendre le rôle joué par l’architecture dans des associations de variétés différant par leur niveau de résistance à une maladie dispersée par éclaboussement, la septoriose du blé, causée par Zymoseptoria tritici. Une expérimentation en conditions contrôlées a permis de quantifier des relations entre interception de spores et architecture des couverts. Des différences de densité entre couverts purs et associés ont donné lieu à une réduction du niveau de maladie sur les plantes sensibles cultivées en association par rapport à celles cultivées pures. Lors d’une expérimentation au champ, les associations de variétés de hauteurs de tiges contrastées étaient moins malades que celles ayant des hauteurs similaires. Ces résultats ont été mis en relation avec des effets de l’architecture sur la dispersion de spores et la durée d’humectation au sein des couverts. Une approche de modélisation spatialement explicite a permis d’identifier des mécanismes de dispersion par éclaboussement liés à l’architecture des couverts associés. Dans des associations de variétés de hauteurs différentes, la quantité d’inoculum éclaboussée dépendait de la surface foliaire présente au dessus des feuilles malades (effet parapluie). La quantité d’inoculum interceptée par un étage foliaire était liée à la différence de hauteur entre la source d’inoculum et l’étage foliaire (effet hauteur). Les différences de hauteur de plantes entre variétés d’une association ont modulé l’interception de spores par des feuilles résistantes (effet barrière). Nos résultats suggèrent qu’une prise en compte de l’architecture des variétés dans la conception des associations variétales permettrait de mieux maîtriser les maladies par éclaboussement. / Growing mixtures of susceptible and resistant cultivars in the same field makes it possible to reduce the propagation of airborne fungal plant diseases. Plant architecture has an impact on spore dispersal or microclimate, but is rarely taken into account in mixture design. The objective of this work was to understand the role of canopy architecture in mixtures of cultivar of different levels of resistance to a disease dispersed by rain-splash, septoria tritici blotch, caused by Zymoseptoria tritici. A controlled conditions experiment made it possible to quantify relationships between spore interception and canopy architecture. Differences of canopy density between pure stands and mixtures led to a reduction in disease on susceptible plants grown in mixture, compared to the susceptible pure stand. During a field experiment, mixtures of cultivars with contrasted stem height were less diseased than those with similar stem height. These results were related to the effect of canopy architecture on spore dispersal and leaf wetness duration. A spatially explicit modeling approach made it possible to identify splash dispersal mechanisms related to the architecture of mixed canopies. In mixtures of cultivar with diverse plant height, the amount of splashed inoculum depended on leaf area located above diseased leaves (umbrella effect). The amount of inoculum intercepted by a leaf layer was related to its difference of height between the inoculum sources (height effect). Differences of plant height between cultivars composinga mixture modulated the interception of spores by resistant leaves, providing an increased protection of susceptible leaves (barrier effect). Our results suggest that considering cultivar architecture in the design of cultivar mixtures could make it possible to improve the management of splash-dispersed diseases.

Un des principaux challenges pour prédire la composition, la structure et la dynamique des communautés végétales est de déterminer comment l’environnement biotique et abiotique va modifier la direction et l’amplitude des interactions entre plantes. L’objectif de ma thèse est de mettre en évidence le rôle prépondérant des interactions complexes (impliquant plus de deux compartiments biotiques) dans la dynamique forestière et plus particulièrement dans la dynamique de régénération des ligneux d’intérêt sylvicole tel que le chêne sessile. Les résultats soulignent l’importance de prendre en compte : (i) l’effet des cervidés sur les patrons de réponses des interactions entre plantes le long des gradients de ressources, (ii) les interactions indirectes et notamment la facilitation indirecte, (iii) des paramètres démographiques différents en relation avec la phénologie des espèces en présence, (iv) la séparation des mécanismes sous-jacents à une interaction écologique multiple via un suivi des conditions environnementales. Ainsi, ma thèse appuie l’idée que les gestions se focalisant sur une unique pression et ignorant les autres pressions ne sont pas capables de maintenir des populations d’espèces cibles car elles ne tiennent pas compte des interactions multiples. Ceci souligne l’importance d’utiliser des stratégies complémentaires pour permettre la pérennité des écosystèmes forestiers et notamment une régénération suffisante dans le cadre des changements globaux que sont le changement climatique et la surabondance de cervidés. / One of the main challenges to predict vegetation dynamics and plant community composition is to identify how biotic and abiotic factors modify the nature and magnitude of plant-plant interactions. The objective of my thesis is to highlight the leading role of multiple interactions (involving more than two biotic compartments) in forest understory dynamics and more specifically regeneration dynamics of target species such as sessile oak. The results emphasize the importance of: (i) effects of deer on response patterns of plant-plant interactions along resource gradients, (ii) indirect interactions, in particular indirect facilitation, (iii) demographic parameters in relation to species phenology, (iv) distinguishing among underlying mechanisms of multiple interactions thanks to environmental monitoring. Thus, my thesis supports the idea that management practices focusing on a single pressure, while ignoring others, are unable to conserve populations of target species because they don’t consider multiple interactions. This highlights the importance to use complementary management strategies to achieve sustainability in the context of global changes (climatic change and deer overabundance).

Les performances du végétal et des arthropodes dont il constitue le microhabitat dépendent des températures de surface foliaire. Celles-ci peuvent dévier fortement de la température de l’air et présenter des niveaux d’hétérogénéité différents selon l'échelle spatiale considérée. La feuille atténue les températures extrêmes en rapprochant son amplitude de variation journalière de celle de la température de l’air. Cependant, cette réponse diminue l’hétérogénéité des températures de surface foliaire et les capacités de thermorégulation comportementale des arthropodes à l'échelle de la feuille. Les températures moyennes de surface foliaire atténuent peu le réchauffement, et déterminent localement la performance photosynthétique du végétal. De l’échelle de la feuille à celle de la canopée, les plantes montrent des réponses différentes au réchauffement. Ce type de changement d'échelle est primordial pour améliorer notre compréhension de l'impact des changements climatiques. / Plant performance and leaf-dwelling arthropods are impacted by leaf surface temperatures. Leaf surface temperatures can show important deviation from air temperature and present different levels of heterogeneity depending on the spatial scale. The leaf buffers temperature extremes by getting closer in amplitude to air temperature. However, this physiological response decreases the heterogeneity of temperatures at the leaf surface and the opportunities for arthropods to behavioraly thermoregulate in this microclimate. Mean temperatures at the leaf surface show low buffering abilities in response to warming and locally determine photosynthetic performance. From the leaf to the canopy scale, plants show different responses to warming and scaling is crucial to increase our understanding of the impact of global warming.

L’occupation du sol en zone forestière de Yangambi dans la Cuvette centrale congolaise (RDC) change rapidement et la fragmentation forestière liée à l’agriculture itinérante sur brûlis est devenue l’un des processus dominant la dynamique paysagère. La présente étude s’est fixée comme objectif de suivre une approche microclimatique en transects pour déterminer la zone de lisière entre les jachères herbeuses et les forêts denses, et ce, afin de mieux comprendre les réponses des propriétés physico-chimiques du sol aux changements d’occupation du sol et à la fragmentation forestière. Deux zones les plus appréciées par les paysans pour leurs exploitations agricoles ont été choisies en fonction des unités pédologiques existantes :la série Yangambi et la série Yakonde. Des échantillons non perturbés du sol de 0-10, 10-20 cm, 20-30 cm et perturbés de 0-20 cm ont été prélevés dans les différentes occupations de sols après la détermination de la zone de lisière. Notre démarche a consisté à comparer les propriétés de sols identiques au plan de leur pédogenèse, sous jachère herbeuse, sous lisière et sous couvert forestier, de façon à quantifier l’effet de lisière sur les propriétés des sols, pour mieux connaître les conséquences édaphiques de la fragmentation des forêts par l’agriculture itinérante sur brûlis. <p>Les résultats obtenus ont montré que la zone de lisière entre les jachères et les forêts denses a une largeur de 70 m pour la série Yangambi et 68 m pour la série Yakonde. Les variations microclimatiques de la lisière en terme de température de l’air, sont intermédiaires (moyenne, minima et maxima) entre celles des jachères herbeuses et des forêts denses. La fragmentation des forêts par l’agriculture itinérante sur brûlis modifie profondément les propriétés physico-chimiques de sols dans les couches superficielles. Un des effets de changements d’occupation du sol et de la fragmentation est la présence d’horizons superficiels à texture sableuse au niveau des jachères herbeuses et des lisières forestières. La densité apparente et la conductivité hydraulique ont subit une importante dégradation sous les jachères herbeuses. A l’inverse, la lisière forestière assure une bonne structure conservatrice du sol (faible densité apparente et bonne conductivité hydraulique). Le sol des forêts denses présente des bonnes propriétés physiques et de ce fait, est pris comme référence à partir duquel les effets de dégradation physique du sol peuvent être appréciés. <p>Le potentiel chimique du sol (pH, phosphore assimilable, le taux de saturation en bases et la CECE) est meilleur au niveau des jachères herbeuses et des lisières forestières par rapport aux forêts denses suite à la pratique du brûlis qui permet de restituer au sol une fraction de la minéralomasse forestière par les cendres. Les teneurs en carbone et azote totaux du sol ont été significativement plus élevées sous les lisières forestières que sous les jachères herbeuses et les forêts denses. Les résultats de l’indice de Kamprath ont montré que, les lisières, en plus de contribuer à l’accroissement de carbone organique du sol, tendent à diminuer la toxicité aluminique de sols étudiés. A l’inverse, l’étude a mis en évidence une toxicité aluminique plus élevée sous la jachère herbeuse de la série Yangambi que sous la lisière. En parallèle, nous avons observé une baisse des teneurs en fer sous toutes les jachères et les lisières forestières. <p>Les pratiques de jachères cultivées et d’agroforesterie s’avèrent incontournables pour enrichir ces sols en matière organique, limiter l’érosion liée au brûlis afin de freiner le lessivage des nutriments, éviter le compactage du sol et assurer le maintien à long terme d’une bonne structure conservatrice du sol.<p><p>In the forest zone of Yangambi, located in the Central Congo Basin (DRC), land use is changing rapidly and forest fragmentation due to slash and burn agriculture has become one of the dominant processes of landscape dynamics. This study's main goal is to apply a microclimatic approach in transects to determine the edge area between the fallow grasslands and dense forests, and, in order to better understand the responses of the soil physico-chemical properties to changes in land use and forest fragmentation. Two most popular areas used by farmers have been selected on the basis of the existing soil units: the Yangambi and Yakonde series. Undisturbed soil samples at depths of 0-10 cm, 10-20 cm, 20-30 cm and the disturbed at 0-20 cm were collected from different the land use types after detecting the edge area. Our approach was to compare the properties of identical soils based on their genesis, under grass fallow, edge and forest cover, so as to quantify the effect of edge on the soil properties, to better understand the edaphic consequences of the forest fragmentation by slash and burn shifting cultivation. <p>The results showed that the edge area between fallow and dense forests has a width of 70 m for the Yangambi series and 68 m for the Yakonde series. Microclimatic variations of the edge in terms of air temperature are intermediate (average, minimum and maximum) between grass fallows and dense forests. The fragmentation of forests by slash and burn shifting cultivation profoundly modifies the physico-chemical properties of soils in the surface layers. One of the effects of changes in land use and fragmentation was the presence of surface layers with more sandy texture in the fallow grassland and forest edges. Bulk density and hydraulic conductivity undergo an important degradation under grass fallows. In contrast, the forest edge ensures a maintenance of the soil structure (low bulk density and good hydraulic conductivity). Dense forest soil has thus good physical properties and therefore is taken as the reference from which the effects of soil physical degradation can be appreciated. <p>The chemical potential of the soil (based on pH, available phosphorus, base saturation and CECE) is better in the grass fallows and forest edges compared to dense forests due to the practice of slash and burn which allows restoration by adding nutrients to the soil through the ashes. The carbon and total nitrogen in the soil were significantly higher under forest edges than in fallow grasslands and dense forests. The results of the-Kamprath index shows the edges, in addition to contributing to an increase in soil organic carbon, tend to decrease the aluminium toxicity of studied soils. By contrast, the study revealed a higher aluminium toxicity under fallow grassland on the Yangambi series that under the edge and the forest. In parallel, we observed a decrease in iron contents in all fallow lands and forest edges. <p>The practices of cultivated fallows and agroforestry are proving unavoidable for enriching these soils in organic material, to reduce erosion related to slash and burn in order to curb the leaching of nutrients, to avoid soil compaction and to maintain a long-term well developed soil structure.<p><p> / Doctorat en Sciences agronomiques et ingénierie biologique / info:eu-repo/semantics/nonPublished