Les fruits du sureau du Canada (Sambucus canadensis L.) possèdent un bon potentiel pour les marchés alimentaires et nutraceutiques. Cependant, peu d'études ont porté sur ces fruits qui auraient besoin d'être caractérisés. Le premier volet de ce projet visait à évaluer la teneur en sucres solubles (SS), en anthocyanes (ACY), en composés phénoliques totaux (CPT) ainsi que la capacité antioxydante (CA) des fruits de cinq cultivars et de l'espèce indigène. Il a été montré que la composition des fruits variait selon le cultivar, le moment de récolte et l'année de croissance. Les cultivars Victoria et Scotia sont les cultivars contenant le plus de SS (16,8 et 16,5 °Brix, respectivement). Les cultivars qui contiennent la plus grande teneur en ACY, en CPT et la plus grande CA sont Nova (771 mg C3G/100 g MF; 1054 mg EAG/100 g MF; 60 µmol ET/g MF, respectivement) et Kent (755 mg C3G/100 g MF; 1015 mg EAG/100 g MF; 55 µmol ET/g MF, respectivement). Après comparaison de nos résultats avec ceux de la littérature, nous avons constaté que les fruits du sureau du Canada contiennent plus de ces composés que d'autres petits fruits habituellement qualifiés de riches en ces derniers. Il a également été observé que tous les cultivars n'atteignaient pas leurs teneurs maximales au même moment. Dans le but d'expliquer cette différence, un suivi du développement des fruits a été effectué. Pour y parvenir, nous avons mis au point une échelle basée sur la coloration des fruits. Par la suite, un parallèle avec les teneurs en SS, en ACY, en CPT et avec la CA a été effectué. Il s'avère que ces paramètres sont tous reliés à l'évolution de la coloration des fruits. De plus, la maturation des fruits variait selon le cultivar et l'année. Les cultivars étudiés présentent un avantage car leur temps de maturation est plus stable d'une année à l'autre (entre 60 et 68 jours) comparativement à celui de l'espèce indigène (64 jours en 2007 et 76 jours en 2006). Finalement, nous avons déterminé que l'utilisation conjointe de la teneur en SS et du suivi visuel de la coloration des fruits constituait un bon moyen d'évaluer le meilleur moment de récolte. Les résultats présentés fournissent, pour la première fois, des informations susceptibles d'orienter les industries alimentaires et nutraceutiques et de permettre aux producteurs de mieux gérer leur récolte. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Sureau du Canada, Anthocyanes, Composés phénoliques, Capacité antioxydante, Développement des fruits, Petits fruits.

Résumé Le rôle du photopériodisme dans l'élaboration du rendement de trois variétés de sorgho cultivées en Afrique de l'Ouest Les sorghos d'Afrique de l'Ouest sont très photopériodiques parce que ce caractère leur confère un important avantage évolutif en raison du climat continental de la zone, caractérisé par de fortes variations inter-annuelles du régime pluviométrique. Cette adaptation doit être maintenue dans les variétés améliorées pour la région. Mais en dehors de la variation de la durée du cycle de la phase végétative, les réponses physiologiques à la photopériode ont été peu quantifiées chez les céréales chez lesquelles ce caractère a été contre-selectionné jusqu'à présent. Une étude écophysiologique a été conduite sur 3 variétés de sorgho représentatives du matériel cultivé en Afrique de l'Ouest afin de quantifier la physiologie du photopériodisme. Les expérimentations ont été réalisées en conditions naturelles à Samanko, Mali, pendant 2 années et demi. Plusieurs conclusions originales sur le développement et la croissance des sorghos photopériodiques ont pu être tirées, grâce en particulier aux réponses très marquées de la variété de race guinea, originaire de la région, dont les principales sont : - Le déclenchement de l'initiation paniculaire est sous la double dépendance de la photopériode et du sens de variation de la durée du jour ou de ses composantes, les heures de lever et de coucher du soleil. - Le rythme de production des feuilles par l'apex varie en relation avec la photopériode et ses variations quotidiennes au moment de la levée, durée ou heures de l'aurore et du crépuscule. Il conserve ensuite la valeur initialement acquise jusqu'à un brusque ralentissement aux environs de la date de production de la 23ème feuille, lorsque débute la montaison spontanée en l'absence d'initiation paniculaire. - Le déclenchement de l'élongation des entre-nœuds à cette date est probablement la conséquence de la rapide augmentation du LAI et par conséquent de la biosynthèse. Tous les autres rythmes de développement et de croissance ralentissent simultanément en raison de la concurrence trophique et des relations de coordination entre phytomères qui organisent la cohésion architecturale de la plante. - Lorsque plus de 23 feuilles sont produites la concurrence trophique entre organes est minimale et la répartition de la biomasse est pilotée par la demande potentielle de chacun d'eux. En revanche, en dessous de 23 feuilles la panicule est en concurrence avec la tige pendant son développement et une part de sa croissance. - La taille de la panicule est peu variable en raison de l'évolution antagoniste de la durée et de la vitesse de son développement sur lesquels la photopériode exerce une influence inverse. Un modèle de croissance synthétisant ces connaissances et hypothèses a été calibré et testé pour chacune des variétés. Son utilisation couplée aux connaissances physiologiques acquises permet de conclure à destination des équipes de sélection que le tallage et la réduction de taille ne sont probablement pas de bonnes voies vers l'amélioration du potentiel de rendement des sorghos photopériodiques. L'effort doit essentiellement porter sur la décorrélation de la relation qui lie actuellement la taille potentielle de la panicule à la date de floraison de la variété.

L'étude de la formation intra-annuelle de bois, du développement des pousses annuelles et des feuilles pourrait fournir des informations quant à la dynamique de la croissance des arbres au cours de la saison de croissance. La formation intra-annuelle de bois et le développement des pousses annuelles et des feuilles sont des processus complexes contrôlés à la fois par des facteurs physiologiques et environnementaux. Les objectifs de cette étude étaient (i) d'étudier le patron annuel et la dynamique de formation du bois de même que le développement des pousses annuelles et des feuilles chez trois espèces majeures de la forêt boréale (i.e., Pinus banksiana Lamb., Populus tremuloides Michx., et Betula papyrifera Marsh.) au cours de la saison de croissance 2007 dans le Nord-Ouest du Québec, Canada et (ii) d'identifier les relations entre d'une part la formation intra-annuelle de bois, le développement des pousses annuelles et des feuilles et d'autre part les facteurs climatiques; on s'intéressera en même temps aux facteurs météorologiques limitant leur croissance durant la saison de croissance. Des micro-carottes de bois ont été prélevées une fois par semaine au niveau des tiges de ces trois espèces pendant la saison de croissance 2007. Des coupes transversales ont ensuite été effectuées au niveau des micro-carottes puis colorées avec du violet de crésyl et de la safranine afin d'identifier les stades de formations des cellules du bois et le nombre de cellules produit. La phénologie (débourrement du bourgeon), l'élongation des pousses annuelles et l'accroissement des feuilles/aiguilles ont aussi été mesurés trois fois par semaine. La production hebdomadaire de cellules, l'élongation des pousses annuelles et l'accroissement des feuilles ont été ajustés grâce à la fonction de Gompertz et les indices de croissance hebdomadaires ont été calculés afin d'éliminer des changements de croissance d'origine endogène. Une analyse de corrélation simple a été utilisée pour déterminer les facteurs météorologiques majeurs qui influencent la production des cellules du xylème, de l'élongation des pousses annuelles et de l'accroissement des feuilles durant la saison de croissance. Il ressort des résultats obtenus que les dates de début d'élongation des pousses annuelles et d'accroissement des feuilles sont plus précoces que la date reprise de croissance de la tige chez B. papyrifera. Contrairement à ce qui a été observé chez B. papyrifera, les dates de début d'élongation des pousses annuelles et de croissance des feuilles ont été plus tardives que la date de reprise de croissance de la tige chez P. banksiana et P. tremuloides. L'arrêt de la formation de nouveau xylème intervient aux alentours de la mi-août pour les trois espèces. La fin de la maturation des cellules a été noté le 15 septembre chez P. banksiana et P. tremuloides et le 6 septembre chez B. papyrifera. Concernant les trois espèces, la durée de formation du bois au niveau de la tige a été plus longue chez P banksiana et plus courte chez B. papyrifera. Durant la période de production des cellules, la corrélation entre d'une part les températures du sol et de l'air et d'autre part la production des cellules du xylème a été positive chez P. banksiana et négative chez P. tremuloides et B. papyrifera. La corrélation entre les précipitations et la production des cellules du xylème a été positive chez P. tremuloides et B. papyrifera, toutefois aucune corrélation n'a été notée chez P. banksiana. De plus, il a été noté chez les trois espèces une corrélation positive entre la température de l'air et l'élongation des pousses annuelles. Toutefois chez les trois espèces, aucune corrélation n'a été notée entre la croissance des feuilles et les variables météorologiques. Cette étude a montré que la formation intra-annuelle du bois, le développement des pousses annuelles et des feuilles de même que la phénologie est non seulement déterminés par l'espèce, mais de plus les facteurs limitants clés sont différents. Ces résultats relatifs aux patrons de croissance temporels des différents organes des arbres (tige, pousse annuelle et feuille) pourraient être utiles dans la compréhension des relations entre la croissance des arbres et les changements climatiques. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : La formation intra-annuelle du bois, La phénologie des arbres, L'élongation de la tige, La dynamique de la croissance.

Par définition, la phénologie végétale est l'étude de l'apparition d'événements annuels, cycliques et périodiques dans la croissance déterminée par les variations saisonnières du climat (exemple: débourrement des bourgeons, fructification, etc.). La phénologie constitue par le fait même un outil important dans l'étude des changements climatiques. Mieux comprendre comment la température de l'air influence directement le développement de l'arbre au jour le jour et durant une saison de croissance peut nous aider à anticiper les impacts des changements climatiques. Cette étude tente d'approfondir les connaissances actuelles restreintes sur la relation entre la température de l'air et la phénologie de l'épinette noire. L'objectif principal de la recherche est d'obtenir un patron de la phénologie de croissance intra-annuelle en relation avec les températures de l'air. Cette recherche se déroule près de la localité de Radisson dans la municipalité de la Baie James (53° 42' 24"N, 77° 45' 03" W). Ce site a été choisi en raison de la présence d'un dispositif expérimental qui offre la possibilité d'isoler les différents facteurs qui influencent la croissance de l'épinette noire (Picea mariana Mill. BSP). Il s'agit d'un site du réseau Sila (climat en inuktitut) installé par le Centre d'études nordiques (Université Laval, UQAR et INRS). Le réseau Sila est un réseau de télémétrie environnemental qui a été construit pour alimenter des recherches en données sur l'environnement. Il comprend 75 stations automatisées réparties sur 4500 km de latitude entre la vallée du St-Laurent près de Québec jusqu'à l'île Ward Hunt à l'extrémité septentrionale du Canada. Le site SILA de Radisson comprend quatre stations voisines; trois stations sont situées en tourbière et présentent des températures plus froides que la quatrième qui est en milieu sec de type pessière à lichen (différence de 1 à 2 C°). La croissance de l'épinette noire sera étudiée en deux volets: • La croissance primaire soit le débourrement des bourgeons et l'élongation des tiges; La croissance secondaire soit la croissance radiale. Chaque étape de la phénologie est d'abord étudiée séparément puis mise en relation entre elles. Par la suite, la phénologie sera comparée entre les sites Sila. Les résultats montrent que la phénologie est reliée à la température de l'air. Les températures plus chaudes du site 4 par rapport aux autres sites ont entraîné un débourrement précoce, une élongation plus grande et une croissance radiale plus forte et plus longue. Pour tous les sites, lors de journées pluvieuses la croissance radiale est favorisée et la croissance des branches est ralentie. Le contraire s'applique lors de journées chaudes et ensoleillées. Pour l'élongation des tiges, le taux de croissance des arbres entre les sites ne présente pas de différence significative. Cependant, la température à laquelle le taux de croissance maximum est atteint est plus élevée sur le site 4 que sur les autres sites. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Croissance intra annuelle, Débourrement, Croissance radiale, Températures journalières, Changements climatiques.

L’étude de la phénologie des plantes est primordiale pour comprendre leur réponse aux changements globaux. Alors que de nombreuses études ont été consacrées à la phénologie aérienne, les difficultés d’observations de la phénologie des parties sou terraines d’une plante, font que leurs déterminants sont encore trop peu connu. La dynamique racinaire est considérée comme jouant un rôle clef dans le cycle et la séquestration du carbone dans le sol, et il est aujourd’hui important de surmonter les difficultés méthodologiques afin de mener des études sur la dynamique racinaire sur plusieurs années en conditions non-contrôlées. Notre premier objectif ici était donc de mettre au point et d’évaluer différentes techniques d’observation de la croissance racinaire sur le terrain. Le modèle choisi pour cela est le noyer hybride (Juglans L.), en système agroforestiers. L’utilisation du scan incorporé au smartphone s’est avéré être le meilleur compromis pour l’acquisition d’image à partir de rhizotrons, excepté en cas d’automatisation de la prise d’images, où la caméra automatique constitue la meilleur alternative (jusqu’à 4 mois d’autonomie). Notre deuxième objectif était de déterminer en milieu naturel les facteurs prédominants de la dynamique racinaire. Nous avons en particulier (i) testé l’hypothèse de la synchronicité des phénologies aériennes et racinaires de la plante, (ii) évalué l’effet de fluctuations climatiques sur la dynamique racinaire dans des environnements contrastés (climats méditerranéen, océanique, continental), (iii) et cherché à comprendre si cette réponse aux facteurs externes était conditionnée par la typologie racinaire. Les résultats ont permis de montrer l’indépendance des phénologies aériennes et racinaires, mais la synchronisation des croissances racinaires et radiale du tronc. Le principal facteur influençant la dynamique racinaire est la température du sol, et à moindre mesure l’humidité du sol avec des effets contrastés selon le climat. Les réponses des dynamiques racinaires aux variables environnementales sont propres à chaque site, avec un fort impact de l’ordre topologique sur les taux d’initiation et de survie. Ces résultats permettront non seulement une meilleur compréhension du jouait par les systèmes racinaires sur le cycle du carbone, mais aussi l’amélioration des modèles écophysiologiques. De futurs études sont néanmoins nécessaires d’autres études sont attendues pour renforcer les connaissances acquises dans ce projet, sur la compréhension des déterminants de l’initiation, de la croissance, et de la longévité racinaire des arbres, notamment via la création de bases de données et l’utilisation de méta-analyses / The study of phenology is primordial to understand tree response to climate change. Although many studies have examined shoot phenology, the difficulties in observing root system growth have resulted in a poor understanding of root phenology. As root system dynamics are considered as playing a major role in carbon cycling and sequestration, it is necessary to overcome methodological difficulties, so that root demography can be studied in the field and over several years. Our first objective was therefore to develop and evaluate methods for studying root system growth in the field. Studying mature hybrid walnut (Juglans L.), growing in agroforests, We showed that smartphone scanners are the best adapted tool for acquiring high quality images of tree roots growing in field rhizotrons. However, time-lapse cameras were good alternatives when a fully automated method was required (up to 4 months autonomy). Our second objective was to determine the main drivers of walnut hybrid root growth in field conditions. In particular, (i) We hypothesized that shoot and root phenologies were asynchronous, (ii) We evaluated the effect of environmental factors on root growth along a latitudinal gradient comprising three climates (Mediterranean, oceanic and continental) and (iii) We determined how phenology and environmental factors influenced root dynamics depending on root morphology and topology. Results show that flushes of fine root growth are not synchronized with budburst and leaf expansion, but are synchronized with stem and coarse root radial growth. Soil temperature was on the whole the main driver of root growth, and to a lesser extent, soil humidity, but which had contrasting effects on root growth. Root topological order had a major influence on root response to environmental variables, reflected in root elongation, production and longevity. Results will be highly useful not only for a better understanding of the role that root systems play in the carbon cycle, but also for tree ecophysiological models. Future studies should expand the knowledge gained here into a global understanding of the drivers of tree root initiation, growth and longevity, through the creation of databases and the use of meta-analyses.

La cartographie par analyse d'association (« Association mapping »- AM) est une nouvelle approche prometteuse visant à identifier les déterminants génétiques (connus sous le nom de QTL) qui sous-tendent les caractères complexes chez les plantes cultivées. Malheureusement, les meilleures approches analytiques à employer pour limiter le nombre de faux positifs dans de telles analyses demeurent à déterminer pour chaque espèce. Le but de ce travail était d'explorer la cartographie AM chez une collection d'orges canadiennes. Diverses approches analytiques ont été comparées pour leur capacité à détecter des QTL simulés ou réels. La population utilisée comprenait 166 cultivars d'orge qui avaient préalablement été génotypes avec 866 marqueurs DArT (Zhang et al., 2009). Ces lignées ont également été génotypées pour sept locus SSR et ces données ont permis de simuler des QTL. La taille des plantes a été mesurée sur deux sites et deux ans pour fournir des données phénotypiques nécessaires à l'analyse des QTL contrôlant ce caractère. Des diverses approches analytiques, celle s'appuyant uniquement sur les relations de parenté entre les lignées (« kinship ») s'est avérée la meilleure. Cette approche a été employée pour identifier des QTL simulés (basés sur les SSR) ou réels. Les résultats nous ont montré que cette méthode était performante pour des caractères ayant une héritabilité modérée à élevée. De plus, les QTL que nous avons identifiés pour la taille des plantes étaient plus reproductibles que ce qui a été rapporté précédemment dans la littérature. Ces résultats suggèrent que la cartographie AM peut être appliquée avec succès dans un programme d'amélioration génétique, du moins pour certains caractères d'intérêt.

Afin d’appréhender la réponse des forêts au changement climatique, la phénologie de six espèces d’arbres a été étudiée de 2005 à 2007 à la fois le long d’un gradient altitudinal (fournissant un gradient thermique d’environ 7°C), et en tests de provenances disposés à différentes altitudes. L’objectif était (i) de quantifier les variations phénotypiques des dates de débourrement et de sénescence in situ, (ii) de déterminer les variables climatiques à l’origine de ces patrons, notamment à l’aide de modèles phénologiques, et (iii) d’évaluer la variabilité génétique et la plasticité phénotypique de ces deux événements phénologiques. Nos résultats montrent que la température printanière affecte différentiellement les dates de débourrement des six espèces (de -1.9 jours /°C à -6.5 jours /°C respectivement pour le hêtre et le chêne) mais pas entre les populations d’une espèce. Concernant les dates de sénescence, nous avons mis en évidence que la température induit un fort décalage de cet événement chez le chêne et le hêtre (> 5 jours /°C), alors qu’aucun cline n’est détecté chez l’érable et le frêne. L’allongement de la saison de végétation en réponse à une augmentation de la température est ainsi principalement la conséquence d’une avance des dates de débourrement pour toutes les espèces, à l’exception du hêtre qui présente une plus forte sensibilité pour la sénescence. Les modèles phénologiques utilisés soulignent l’importance des températures printanières affectant les bourgeons en phase de quiescence, tandis que les températures froides hivernales susceptibles de lever la dormance des bourgeons ne semblent pas significativement influencer l’occurrence du débourrement. Concernant la sénescence, les modèles ont mis en évidence le rôle prépondérant de la température pour le chêne sessile et le hêtre, tandis que la photopériode et d’autres facteurs pourraient être impliqués chez le frêne et l’érable. Ainsi, les modèles prédisent que la durée de saison de croissance du chêne va augmenter plus rapidement que celle du hêtre dans les prochaines décennies, et que l’équilibre compétitif entre ces deux espèces en terme phénologique est susceptible d’évoluer vers des altitudes plus élevées. Enfin, nous avons mis en évidence que les différentes populations échantillonnées présentaient de fortes adaptations pour la phénologie et la croissance malgré leur proximité géographique. De plus, les normes de réaction obtenues démontrent, d’une part, l’existence d’une forte plasticité phénologique des espèces, et d’autre part que cette plasticité semble être une caractéristique intrinsèque de l’espèce. Ces résultats révèlent que les arbres ont des capacités adaptatives importantes concernant les traits phénologiques qui pourraient leur permettre, dans une certaine mesure, de faire face au réchauffement du climat. / To assess the response of forests to climate change, the phenology of six tree species was monitored from 2005 to 2007 both along an altitudinal gradient (providing a thermal gradient of about 7 ° C), and in provenance trials at various altitudes. The aim was (i) to characterize phenological patterns of leaf unfolding and leaf senescence timings in situ, (ii) to determine climatic variables responsible for these patterns, in particular using phenological models, and (iii) to assess the genetic variability and phenotypic plasticity of these phenological events. Our results showed that spring temperature differentially affected the leaf unfolding dates of the six species, with significant disparity in responses among species (from -1.9 days / ° C to -6.5 days / ° C for beech and oak, respectively) but not between the populations of a given species. Regarding the dates of senescence, we highlighted that temperature induced a strong shift of this event for oak and beech (> 5 days / ° C), while no cline was detected for sycamore and ash. The lengthening the growing season in response to an increase in temperature is thus mainly the result of an advance in flushing dates for all species except beech, whose growing season length changes were greatly resulting from shifts in senescence. Phenological models stressed the importance of forcing temperatures (effective during bud quiescence period), while the chilling temperatures (effective during dormancy) did not appear to significantly influence the occurrence of leaf unfolding. Concerning senescence variations , the models highlighted the role of temperature for sessile oak and beech, while the photoperiod and other factors could be involved in the ash and maple. Thus, for oak, the models predicted that the length of growing season will extend faster than the one for beech in the coming decades, and that the phenological competitive balance between these two species will likely to evolve towards higher altitudes. Finally, we showed that the sampled populations showed strong adaptations in phenology and growth in spite of their geographical proximity. Moreover, the reaction norms indicated, first, the existence of a strong phenological plasticity of species, and second, that this plasticity seemed to be an intrinsic characteristic of the species. These results underline that trees have consequent inherent adaptive capacities in phenological traits which may enable them to cope with global warming. However, the differences in phenological sensitivities among species suggest that global warming will significantly affect the competitive balance of species.

La forêt tropicale humide guyanaise est située dans le grand ensemble Amazonien, qui est un point chaud des enjeux sur la biodiversité et la conservation des forêts tropicales. Une connaissance de l’âge et des taux d’accroissement des arbres est primordiale pour comprendre la dynamique de ces écosystèmes Cependant, l’absence de conditions hivernales sous les tropiques rend difficile la lecture de l’histoire dans les bois de ces forêts. En se plaçant dans le champ de l’anatomie fonctionnelle, cette thèse à caractère exploratoire avait pour but, à travers différentes approches, i) de suivre l’activité cambiale de quatre espèces ligneuses durant deux ans par prélèvements de micro-carottes, ii) de faire une étude dendrochronologique sur une espèce guyanaise, iii) d’utiliser la variation de la signature isotopique comme marqueur de croissance (ou d’histoire) et iv) de tester la pollution aérienne consécutive aux lancements de la fusée Ariane comme marqueurs de la croissance. L’examen bi-mensuel de l’activité cambiale a montré que tous les arbres présentent des alternances de quasi repos et de forte activité du cambium durant les deux années. Ces périodes de ralentissement ont été plus marquées chez Parkia nitida (décidue), Parkia velutina (décidue) et Schefflera morototoni (sempervirente). On observe donc des périodes de ralentissement de l’activité du cambium aussi bien chez deux espèces décidues que chez une espèce sempervirente. Il n’y a pas de patron universel de liaisons deux à deux entre pluviométrie intra-annuelle, phénologie de la feuillaison et activité cambiale même si des analogies fortes existent au cas par cas entre deux espèces pour une relation donnée. L’étude dendrochronologique chez Parkia nitida a mis en évidence la présence de cernes de croissance bien distincts et annuels. La limite de cerne se caractérise par une fine bande de parenchyme marginal renfermant de nombreux cristaux d’oxalate de calcium. A l’échelle de l’arbre, la croissance secondaire est homogène et elle est relativement synchrone au sein d’individus de cette espèce dans le même lieu. Cependant, l’influence des paramètres climatiques testés, comme la température et les précipitations, sur la croissance radiale annuelle est faible sur la période considérée. Ces deux premières études montrent que, dans le contexte de la Guyane française, la saisonnalité annuelle très marquée de la pluviométrie ne se traduit pas par un signal suffisamment fort pour synchroniser l’ensemble du fonctionnement des arbres. Néanmoins, elle influence clairement, au cas par cas soit la feuillaison, soit la floraison, soit la croissance cambiale. Les autres méthodes de marquage de la croissance (i.e. isotopie et chimie) entreprises demandent à être approfondies. Les bois des espèces de forêt tropicale humide se caractérisant en moyenne par un pourcentage élevé du plan ligneux occupé par les parenchymes axiaux, il serait important d’entreprendre une étude approfondie de leur rôle en tant qu’accumulateurs de substances potentiellement utiles pour la défense du bois dans l’arbre contre les xylophages. L’évolution dans le temps (périodicité, vieillissement chimique) des solutions de défense mises en place dans le bois est une piste intéressante pour la dendrochronologie / The rainforest of French Guiana is located in the Amazonian region, which is a hotspot of biodiversity, thus leading to several issues about conservation in tropical forests. Knowledge of the age and growth rate of trees is essential to understand the dynamics of these ecosystems. However, due to the lack of winter conditions it is difficult to read the story in the wood of these tropical forests. In the topic of functional anatomy, this thesis intends through different approaches i) to monitor the cambial activity of four tree species during two years sampling micro-cores, ii) to make a dendrochronological study on a Guyanese species iii) to use the variation of the isotopic signature as a marker of growth (or history) and iv) to test air pollution following launches of the Ariane rocket as markers of growth. The bi-monthly review of cambial activity showed that all trees have almost alternating rest and high activity of cambium in both years. These downturns have been more pronounced in Parkia nitida (deciduous), Parkia velutina (deciduous) and Schefflera morototoni (evergreen). We observe periods of cambial activity downturn in two deciduous species as well as in an evergreen species. There is no universal pattern of connections in pairs between rainfall intra-annual phenology of leafing and cambial activity although strong similarities exist in each case between two species for a given association. The dendrochronological study in Parkia nitida highlights the presence of distinct annual growth rings. The limit is characterized by a thin band of marginal parenchyma containing numerous crystals of calcium oxalate. At tree scale, secondary growth is homogeneous and relatively synchronous within individuals of this species in the same location. However, the influence of tested climatic parameters, such as temperature and precipitation on the annual radial growth, is low over the considered period. The first two studies showed that, in the environment of French Guiana, marked annual seasonality of rainfall does not affect in a strong way the behavior of the trees. Nevertheless, those rainfalls have an influence either on leafing, flowering or cambial growth. Other methods of marking growth (i.e. isotopic and chemical) intended require further investigations. Axial parenchyma represents a high average percentage in the wood of rainforest species: it could be important to investigate more precisely its role as accumulators of potentially useful substances involved in wood defense against borers. The evolution throughout time (periodicity, chemical aging) of defense mechanisms in woods is an interesting way for dendrochronology.

L’anticipation des effets des changements climatiques nécessite une bonne compréhension dufonctionnement carboné des écosystèmes continentaux. L’une des principales contraintes liées àl’étude de ces écosystèmes est la forte variabilité à la fois spatiale et temporelle de leurs flux decarbone et de leurs réponses aux contraintes abiotiques. L’usage de méthodes de télédétectionoptiques pourrait permettre de suivre de façon spatialisée le fonctionnement des couverts végétaux.Ce travail vise à évaluer le potentiel de méthodes de télédétection pour décrire la structure et lefonctionnement de couverts végétaux à des échelles spatiales et temporelles variées. Pour ce faire,les relations entre indices optiques et phénomènes biologiques ont été étudiées en suivant unedémarche de transfert d’échelle, des échelles les plus fines aux plus larges. Il a été montré que le PRI(Photochemical Reflectance Index), utilisé en tant qu’indicateur du LUE (Light Use Efficiency), est parnature un signal composite qui reflète principalement la régulation du rendement de laphotosynthèse sur des échelles de temps fines, et la structure et composition biochimique ducouvert à l’échelle de la saison. L’analyse de courbes de réponse du PRI au PAR (PhotosyntheticallyActive Radiation) a permis de déconvoluer ces deux sources de variabilité, via l’introduction duconcept de PRI0 ou PRI d’une feuille idéalement adaptée à l’obscurité. Ce PRI0, capturant la variabilitédu PRI indépendante du LUE, a pu être mesuré à l’échelle de la feuille, et estimé à l’échelle de jeunescouverts végétaux et de la parcelle. Cette variabilité a pu être expliquée à l’échelle de la feuille et dejeunes couverts végétaux par les variations du contenu en pigment des feuilles. A l’échelle depeuplements adultes et de l’année, elle résulte cependant d’effets combinés de la compositionbiochimique et de la structure des couverts qui n’ont pu être séparés. Ces effets sont susceptiblesaux échelles larges de masquer en bonne partie, voire de biaiser la relation entre PRI et LUE. Il a enoutre été montré que la représentativité du PRI est limitée aux strates supérieures des canopées etdépend de la structure du couvert et du climat lumineux, ce qui peut limiter son intérêt en tantqu’estimateur du LUE à l’échelle de l’écosystème. Ces résultats soulignent la nécessité de prendre encompte la structure et la composition biochimique des couverts végétaux dans le cadre d’uneutilisation du PRI en tant que proxy du LUE de l’écosystème. / In order to assess the effect of global warming, a good understanding of carbon functioning ofterrestrial ecosystems is needed. The study of terrestrial ecosystem carbon fluxes and responses toabiotic stress remain challenging due to their high spatial and temporal variability. The use of remotesensing may help us to describe those sources of variability. The aim of this work is to assess thepotential of remote sensing as a way to describe canopy structure and functioning over a broadrange of temporal and spatial scales. The relationships between optical indices and biologicalphenomenon were investigated over a range of increasing scales. The PRI (PhotochemicalReflectance Index), used as a proxy of the LUE (Light Use Efficiency) was shown to be a compositesignal, mainly impacted by the regulation of the LUE at short time scales, and by canopy structureand pigment content at seasonal scale. The analysis of PRI response to PAR (PhotosyntheticallyActive Radiation) allowed us to deconvolve those two sources of variability thanks to theintroduction of the PRI0 defined as the PRI of ideally dark adapted leaves. The PRI0 was shown toefficiently describe the LUE unrelated PRI variability, and could be measured at leaf scale, andestimated at the leaf, canopy and stand scales. This variability could be explained by changes in leafpigment content over the growing season at leaf and canopy scales. At the stand scale and over theyear, this LUE independent PRI variability resulted from combined effects of canopy structure andpigment content, which could not be separated. These effects may result in biased or masked PRIversus LUE relationships at larges scales. Moreover, it was shown that the in-situ PRI measurementsmainly responded to the LUE of sunlit leaves, depending on canopy structure and sky conditions. Thismay considerably hamper the use of the PRI as a proxy of the whole ecosystem LUE. These resultsillustrate the need to take canopy structure and pigment content into account while using the PRI asa proxy of the ecosystem LUE.

Les régions alpines sont particulièrement sensibles aux changements climatiques en cours. Ainsi, l’ouest des Alpes s’est réchauffé deux fois plus vite que l’hémisphère Nord au cours du XXème siècle. Les rythmes saisonniers des arbres, comme beaucoup d’autres organismes, sont fortement modifiés par le réchauffement climatique. La phénologie et les variations temporelles fines du climat apparaissent comme des composantes incontournables à prendre en compte pour prédire la répartition des espèces. L’objectif principal de ce travail de thèse a été de comprendre la réponse de la phénologie des espèces arborées au réchauffement climatique dans les Alpes et de développer des outils pour évaluer cette réponse dans le futur. Pour atteindre cet objectif nous avons utilisé des données phénologiques (débourrement, floraison, senescence foliaire,) pour le noisetier, le frêne, le bouleau, le mélèze et l’épicéa, issues du programme de sciences participatives Phénoclim.Nos résultats montrent que le réchauffement de l’hiver retarde la levée de la dormance des bourgeons et par conséquent les dates de débourrement et de floraison le long du gradient d’altitude. Cet effet est plus important à basse altitude. La robustesse des projections des modèles de répartition basés sur les processus dépend fortement de la robustesse des modèles phénologiques qu’ils utilisent. En comparant des modèles phénologiques présentant différents niveaux de complexité nous avons montré que les modèles basés sur les processus étaient les plus robustes particulièrement lorsque l’estimation de leurs paramètres reposait sur une estimation directe à l'aide de mesures expérimentales. Les modèles prévoient une réduction des écarts entre les dates de débourrement le long du gradient d'altitude pour toutes les espèces d'ici la fin du 21e siècle. Ceci est dû d’une part à un avancement des dates de débourrement à haute altitude et d’autre part à un retard des dates de débourrement à basse altitude. Nous avons également testé de nouvelles hypothèses sur le déterminisme environnemental de la croissance cellulaire dans les bourgeons, mais aucune des hypothèses testées n’a significativement amélioré les performances des modèles. Nous avons ensuite intégré les modèles phénologiques les plus performants que nous ayons obtenus au modèle d’aire de répartition basé sur les processus PHENOFIT. Nous avons réalisé pour la première fois avec ce modèle des simulations à haute résolution spatiale. Les projections du modèle montrent que les espèces arborées devraient se déplacer vers le haut du gradient d’altitude. Cependant, des phénomènes d’extinction locale pourraient avoir lieu dans les fonds des vallées liés à des dates de floraison trop tardives qui diminuerait le succès reproducteur des individus. Selon les espèces, la limite altitudinale supérieure serait contrôlée par le risque d'exposition au gel tardif des fleurs ou par la longueur de la saison de croissance qui détermine le temps disponible pour la maturation des fruits.L’ensemble de ces résultats nous a permis d’apporter des éléments de réponse sur la dynamique future des écosystèmes forestiers altitudes face au réchauffement climatique. Ils nous ont également permis de montrer que les données du programme Phénoclim étaient de qualité suffisante pour être utilisées dans des travaux de recherche scientifique. / Mountainous regions are particularly exposed to the ongoing climate change. Indeed, in the Western Alps the temperature increased twice faster than in the northern hemisphere during the 20th century. Trees’ annual cycle, as in many other organisms, is largely affected by climate change. Phenology and the fine temporal variations of climate appear key to predict species distribution. The main objective of this PhD thesis work was to understand the response of tree phenology to climate change in the Alps and to develop tools to evaluate this response in future conditions. It has been carried out using the phenological observations (budburst, flowering, leaf senescence) of five tree species (hazel, ash, birch, larch and spruce) of the citizen science program Phenoclim.Our results show that warmer winters slow down bud dormancy break, and consequently the budburst and flowering dates along the elevation gradient. This effect is stronger at low elevation. The robustness of process-based species distribution models depends strongly on the robustness of their process-based phenology sub-model. By comparing different phenology models differing in their level of complexity and we showed that process-based models were the most robust especially when their parameter estimates relied on forward estimation using experimental data. Models project a reduction in the phenological cline along the elevation gradient by the end of the 21th century. This is due, on one hand, to an advancement of the budburst dates at high elevation and on the other hand, to a delay of the budburst dates at low elevation. We also tested several hypotheses on the environmental determinism of bud cell growth. However, none of the hypotheses improved significantly the models’ performance. We then implemented the best phenology models we obtained in the process-based species distribution model PHENOFIT. We carried out for the first time simulations at high spatial resolution. Projections showed that species are expected to move up along the elevation gradient in response to climate change. However, local extinction events may occur in the bottom of the valleys due to late flowering dates that would decrease the reproductive success. Depending on the species, the upper altitudinal limit would be controlled by the risk of flowers’ exposure to late spring frost or to the length of growing season, which determine fruit maturation success.All of these results, allowed us to provide some answers on the future dynamics of high altitude ecosystems in the face of global climate change. They also allowed us to show that the Phenoclim data were of sufficient quality to be used to address important scientific questions.