Les tempêtes sont responsables de la moitié des dégâts dans les forêts européennes. Lemassif landais a été touché par deux tempêtes. L’ancrage racinaire est une composante majeure de la stabilité des arbres. L'ancrage du pin adulte est dépendant du développement des racines au stade jeune puisqu’elles ne fourchent pas spontanément et ne possèdent pas d’axes à développement retardé. Notre but était de mettre en relation architecture racinaire, stabilité et itinéraire sylvicole. Nous avons mesuré et analysé de façon innovante l'architecture racinaire d'arbres âgés de 3 à 5 ans et de 13 ans ayant subi une tempête. Le pivot des arbres de 13 ans ne représente que 12% de la biomasse racinaire mais reste le composant majeur de la stabilité. Un ancrage efficace est assuré par un pivot vertical unique, petit et large ou long et fin, par le volume des racines profondes et par la rigidité des racines traçantes. Le maintien du tronc est uniquement lié à la rigidité de la partie centrale du système racinaire. La fonction d’haubanage des racines traçantes est faible. La taille du plus grand secteur sans racine traçante auvent et sous le vent tout comme une microtopographie importante au vent n’interviennent pas dans la stabilité. Au stade jeune, les arbres plantés présentent de nombreuses déformations des racines traçantes,déformations qui les redistribuent au hasard tout autour de la souche avant d’être rapidement incluses par la souche en croissance. Le développement du pivot est en général correct. Les différents types de labour n’impactent pas l’architecture racinaire. Les racines traçantes suivent la surface du sol et peuvent être coupées lors des entretiens de la strate basse. / Storms account for half of the damages in European forests; the Landes forest has beenheavily damaged by two major storms. Root anchorage is a major element in tree stability. The root anchorage of mature pine is strongly linked with the root development in seedlings as this species donot spontaneously fork and do not grow delayed branches. The aim of our research was to link rootarchitecture, stability and stand management practices. We measured and analyzed in an innovative way the root architecture of 3-5-year-old trees as well as 13-year-old trees from stands damaged by astorm.The 13-year-old trees, taproot only represented 12% of root biomass but still remained the maincomponent of stability. An efficient anchorage was provided by a unique vertical taproot, short andlarge or long and thin, together with a larger deep root volume. Windward shallow roots stiffness alsocontributed to stability. Stem leaning was solely prevented by the stiffness of the central part of theroot system. The guying of shallow roots did not contribute to stability. The size of the largest anglebetween shallow roots windward and leeward was not related to stem leaning. Similarly, a largerfurrow leeward did not weaken tree stability.Planted seedling show large deformations of their shallow lateral roots, randomly distributed around the stump before being later included in the growing stump. The taproot growth was generally correct. Root architecture of trees after strip ploughing was not different from those of full ploughing. Theshallow roots follow the soil surface and can be cut during mechanical weed control.

Chez les scolytes (Curculionidae : Scolytinae) réalisant des pullulations éruptives, les processus conditionnant l’intensité et la durée des pullulations sont généralement mal connus. Nous avons étudié trois facteurs susceptibles de moduler les pullulations d’Ips sexdentatus (Börner) : la compétition intraspécifique, les ennemis naturels et la température. Les densités de colonisation et le seuil critique de densité d’attaques sur arbres ont été estimés lors d’une pullulation, et les effets de ces densités sur la productivité et la fitness des insectes ont été mesurés en laboratoire. L’entomofaune associée au scolyte a été étudiée dans des peuplements de pins présentant différents niveaux de dégâts de l’insecte. Les effets thermiques ont été estimés via des élevages à différentes températures. Les densités de colonisation sur arbres, ou celle correspondant à la valeur du seuil critique, ont fortement affecté la productivité et la fitness d’I. sexdentatus. L’entomofaune associée était peu sensible aux niveaux de population du scolyte, dont la productivité a cependant été réduite par la durée d’exposition aux ennemis naturels. L’estimation des besoins thermiques de l’espèce a permis de calculer qu’un réchauffement de 1°C augmenterait les effectifs et permettrait l’apparition d’une troisième génération annuelle, tout en réduisant la fitness des insectes. La compétition intraspécifique serait un facteur critique de régulation des pullulations d’I. sexdentatus alors que les ennemis naturels joueraient un rôle plus secondaire. Une élévation de température pourrait aggraver les pullulations mais aussi réduire la fitness des insectes et augmenter la compétition intraspécifique. / For eruptive bark beetles (Curculionidae: Scolytinae), the processes affecting the intensity and duration of outbreaks are generally poorly known. We have investigated three factors that may affect the population dynamics of Ips sexdentatus (Börner), namely the intraspecific competition, the natural enemies and the temperature. Colonization densities and the critical threshold of attack densities on trees have been estimated during an outbreak. How such densities affected the productivity and fitness of the beetles has been evaluated under laboratory conditions. The insect community associated with the bark beetle has been characterized in pine stands exhibiting different damage levels. To assess the thermal effects, the insects have been reared at different temperatures. Colonization densities on trees, or equivalent to the critical threshold of attacks, dramatically affected both the productivity and fitness of I. sexdentatus. The associated fauna was loosely related to the population levels of the bark beetle, although the duration of the exposure to the natural enemies affected its productivity. The assessment of thermal requirements allowed calculating that an average warming of 1°C during the activity period would increase the population levels and number of generations per year, but also decrease the beetles’ fitness. Intraspecific competition is probably a critical regulating factor for I. sexdentatus, while natural enemies would rather play a secondary role. A temperature increase could aggravate the outbreaks, but this could be counterbalanced by a fitness reduction and an increase of intraspecific competition.

Le pin maritime (Pinus pinaster Ait.) est l’une des principales espèces forestières en France, fournissant près d’un quart de la production nationale de bois. Un programme d’amélioration, mis en place dans les années 1960, propose des variétés génétiquement améliorées pour la croissance et la rectitude du tronc.Cette thèse explore la possibilité d’introduire les marqueurs moléculaires dans les stratégies d’amélioration génétique du pin maritime en Aquitaine. Les marqueurs sont utilisés afin de reconstituer a posteriori les pedigrees au sein d’un test de descendance « polycross », pour d’une part vérifier les hypothèses sur lesquelles repose la sélection backward, et d’autre part, pour proposer une stratégie de sélection innovante. Tout d’abord, la reconstitution du pedigree de 984 individus à l’aide de 63 marqueurs SNPs permet de valider les hypothèses de la sélection backward, et montre que les estimations des paramètres génétiques et des valeurs génétiques maternelles, basées sur l’information d’un pedigree partiel ou complet, diffèrent peu. Puis, les meilleurs descendants du test polycross sont présélectionnés et génotypés pour évaluer la faisabilité d’une stratégie de sélection forward. Enfin, des vergers à graines sont simulés selon différentes stratégies de sélection (backward, forward, mixte) afin de comparer les gains génétiques des variétés améliorées ainsi obtenues.Une stratégie de sélection forward chez le pin maritime permettrait d’accélérer les cycles de sélection et d’augmenter la fréquence des sorties variétales. De plus, le jeu de marqueurs SNPs développé dans cette étude est en cours de valorisation dans différentes étapes du programme d’amélioration. / Maritime pine (Pinus pinaster Ait.) is one of the main economical forest species in France, providing about twenty five percent of the national round wood production. A breeding program, implemented since the 60’s, offers genetically improved varieties for growth and stem straightness.This PhD explores the use of molecular markers in breeding strategies for maritime pine in Aquitaine. Molecular markers were used for pedigree recovery in a polycross progeny trial to test assumptions of backward selection on one hand, and to evaluate the feasibility of a new breeding strategy on the other hand. First, the pedigree of 984 progeny was recovered with 63 SNPs allowing to verify the assumptions of backward selection. We also showed that genetic parameters and maternal breeding value estimates were not much modified by inclusion of full pedigree information. Then, the best progenies in the polycross trial were preselected and genotyped to investigate the possibility of carrying out a forward selection strategy. Finally, establishment of clonal seed orchards were simulated from various breeding strategies (backward, forward, mixed) in order to compare genetic gains from the improved varieties obtained thereby.This study opens new perspectives towards an implementation of forward selection in the French maritime pine breeding program, to speed the selection cycles up and to increase the frequency of variety renewal. Moreover, the set of SNP markers developed is now used in different steps of the breeding program.

Les techniques de culture du pin maritime dans les Landes de Gascogne ont connu des changements importants à partir des années 1960. A côté de peuplements de sylviculture traditionnelle basée sur la régénération naturelle assistée, se sont succédés de nouveaux types de peuplements sous le vocable de « ligniculture ». La proportion de ces peuplements menés intensivement, dans la récolte des coupes rases en Aquitaine, va augmenter rapidement dans les dix prochaines années. Les données technologiques faisant actuellement défaut sur cette ressource, il est nécessaire d’anticiper dès aujourd’hui l’impact de ces pratiques sylvicoles sur les propriétés du bois.Des arbres ont été échantillonnés dans 14 parcelles réparties dans les Landes de Gascogne. Sur chaque parcelle, 4 arbres ont été sélectionnés pour les mesures des propriétés physiques. Les variations radiales de densité intra-cerne, de proportion de bois final, de duramen et d’angle du fil ont été mesurées. Parallèlement 8 arbres ont été exploités. Après sciage puis séchage, l’aspect visuel et les propriétés mécaniques des avivés obtenus ont été mesurés. Sur la base des données recueillies et de données d’études précédentes, des modèles déterministes ont été développés pour prédire les variations des caractéristiques étudiées. Ces modèles de la famille des modèles mixtes, sont constitués d’une partie « fixe » commune à l’ensemble des arbres et d’une partie aléatoire qui quantifie les écarts propres à la parcelle et aux arbres (appelés effet « parcelle » et effet « arbre »). Un modèle décrivant les variations avec la hauteur dans l’arbre du taux de duramen, basé sur l’âge des arbres a été développé, il explique plus de 70% de la variation. Les modèles décrivant les variations radiales de l’angle du fil, de la densité, et des propriétés mécaniques du bois ont un niveau de prédiction plus faible, mais un effet significatif de l'âge cambial et de la largeur de cerne sur ses propriétés a été mis en évidence. La vitesse de croissance a un impact négatif sur les propriétés mécaniques du bois de pin maritime.Appliqué à des scénarios sylvicoles ces modèles ont permis d'estimer le classement mécanique des sciages pouvant potentiellement être obtenus à partir de la ressource.Le transfert de ces modèles auprès des gestionnaires forestier pourrait permettre une meilleure estimation de la qualité des bois et donc leur meilleure allocation dans un contexte post tempête où la ressource en pin maritime en Aquitaine se fait rare. / The forest cultivation techniques of maritime pine in the South Western France deeply changed in the 1970’s. In particular the reforestation method shifted from assisted natural regeneration to intensive techniques including soil ploughing, phosphoric fertilization and seeding, then plantation with improved material in the 1980’s. As the proportion of “intensively cultivated” stands in final cut will increase drastically in the next decades, it is now necessary to anticipate the impact of these reforestation methods on the wood properties for the wood industry, from the analysis of the oldest.Trees were sampled from 14 stands in the South Western France covering a wide range of mean volume. On each stand, 4 trees were selected for physical properties measurement. Within ring wood density, latewood content, heartwood diameter and spiral grain angle were measured on wood disks collected at different heights within each tree. At the same time 8 trees were harvested and bucked into 2.2 m long logs. After drying, visual aspect and mechanical properties of the sawn boards were assessed.Based on the data, deterministic models were developed to predict the variables based on selected stand and tree characteristics. The models for heartwood content in cross section explain quite well the variation with height (more than 70% of the variation). The heights of green and dead branches were identified as important variables in the models for nature of knot in trees. The developed models, for spiral grain angle, radial variations of wood density and mechanical properties, have a relatively low level of prediction, but it has highlighted the effect of cambial age and ring width on these properties. The growth rate has so a negative impact on the mechanical properties of wood of maritime pine. Based on the mixed model analysis with repeated measurements structure, the trees and stand effect on the residual variation were estimated. Applied on silvicultural scenarios, these models have been used in a simplified approach to estimate the strength of timber that can potentially be obtained from the resource. The transfer of these models with forest managers could allow a better estimate of the quality of wood, and thus a better allocation in a post-storm context where the resource is scarce.

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.

[EN] In the framework of a sustainable bio-based economy, this doctoral thesis aims to stimulate sustainable forest management by providing scientific information and guidelines tending to plan and mobilizate bioenergy resources from Mediterranean forests, protect forest ecosystems from forest fires, optimize the carbon balances of the entire bioenergy value chain and finally, contribute to the rural development through employment and richness creation in the renewable energy sector. To achieve these goals, the general objective of this research is to analyse and develop an integral management, planning, logistics and energy valuation model for the forest biomass residues available in the Valencian Province. For that purpose, forest and agricultural crops data in the Valencian Province have been analised by using Geographical Information Systems (GIS) and applying selection and sustainable harvesting criteria. Biomass quantity and real available biomass residues have been estimated. Based on a sustainable management, planning, logistics, transformation and biomass use model, eight bioenergy districts have been identified at a supramunicipal level. Representative forest plots have been selected and two harvesting systems, the integrated system (separated use of logs and forest residues) and the whole tree system, have been tested. Subsequently, productivity, costs, environmental impact, carbon emissions and energy balances have been compared and the quality of the obtained chips has been analysed according to European quality norms. In addition, a pilot pellet plant at a laboratory scale has been designed and started and pellets have been fabricated. Finally, pellet quality and influencing variables such as species, tree fraction of the chips and bark presence have been studied together with the maximum amount of bark that quality pellets can tolerate. It has been estimated 28t/ha of residual biomass for the Valencian Province. A total of eight bioenergy districts have been identified, which could provide a in which a sustained supply of high quality biomass. Representative forest plots are those with a pole stage of Pinus halepensis with a canopy cover estimated in between 40-69% at altitudes around 600 m above the sea level, east-southwest dominating aspects and 15% of average slope. The integrated system has proven to be the most suitable for harvesting Pinus halepensis in a pole stage in the Valencian Province due to a higher harvesting productivity, which in turn means lower fuel consumption, lower total costs, higher economic and financial profitability due to the higher value of log woodchips in the market, lower environmental impact due to the need of less manoeuvrability forwarder space with the integrated systems and a lower number of cycles, slightly lower emissions thanks to a lower fuel consumption and finally, a slightly higher energy balance, with an energy contained in biomass that is around ten times the energy necessary for the biomass mobilization and use. In conclusion, it is possible to obtain high quality woodchips from these two harvesting systems (integrated and whole tree system) when moisture and ash content are properly monitored. It is also possible to obtain high quality pellets from barked and debarked logs as well as from branches. This implies that the abundant forest biomass residues in the Valencian Province can be transformed into high added value solid biofuels. / [ES] En el marco del desarrollo de una bioeconomía sostenible, esta tesis doctoral pretende estimular la gestión forestal sostenible orientada a la ordenación y movilización de los recursos bioenergéticos de los montes mediterráneos, proteger los ecosistemas forestales frente a los incendios forestales, optimizar los balances de carbono en la cadena de valor de la bioenergía forestal y, finalmente, contribuir al desarrollo rural mediante la generación de empleo y riqueza en el sector de las energías renovables. Para alcanzar estos retos, el objetivo general de la investigación es el análisis y el desarrollo de un modelo integral de gestión, planificación, aprovisionamiento y valorización energética de la biomasa forestal residual de la Provincia de Valencia. Para ello, se ha analizado el territorio de la Provincia de Valencia a partir de información forestal y agrícola recogida en distintas bases de datos mediante la aplicación de Sistemas de Información Geográfica (SIG) y de criterios de selección y aprovechamiento sostenible. Se ha estimado la cantidad de biomasa agroforestal residual existente y aprovechable. Se han definido e identificado distritos bioenergéticos en base a un modelo sostenible de gestión, aprovisionamiento, transformación y uso de la biomasa a escala supramunicipal. Se han seleccionado parcelas forestales representativas y en ellas se han llevado a cabo aprovechamientos experimentales de biomasa mediante el sistema de aprovechamiento integrado (aprovechamiento separado de fuste y residuos forestales) y el sistema de árbol completo. A continuación, se han comparado rendimientos, productividad, costes, rentabilidad, impacto ambiental, emisiones de carbono y balances energéticos de ambos sistemas. Posteriormente, a partir del material recogido se ha analizado la calidad de las astillas según la normativa de calidad europea. En paralelo, se ha diseñado y puesto en marcha una planta piloto a escala de laboratorio para la fabricación de pellets a partir de astillas obtenidas en campo. Por último, se ha analizado la calidad de los pellets y se ha estudiado la influencia de factores como la especie, la fracción del árbol y la presencia de corteza sobre las variables de calidad, estableciendo los límites máximos tolerables de corteza para la producción de pellets de calidad. Como resultados, se ha estimado que en la Provincia de Valencia la cantidad de biomasa residual aprovechable es de en torno a 28t/ha, identificándose ocho distritos bioenergéticos en que se podría dar un suministro sostenido en cantidad y calidad de biomasa en base a sus propios recursos agroforestales. Las parcelas representativas de las masas dominantes pertenecen al estrato Pinus halepensis en estado de latizal-fustal con una fracción de cabida cubierta de entre el 40-69%, situadas a altitudes medias de 600 m sobre el nivel del mar, con orientaciones dominantes este-suroeste y pendientes medias en torno al 15%. El sistema de aprovechamiento integrado ha resultado ser el más adecuado para el aprovechamiento de estas masas debido a un mayor rendimiento en el desembosque que se traduce en menores consumos de combustible, menores costes totales, mayor rentabilidad económica y financiera, un menor impacto ambiental, emisiones ligeramente menores en el sistema integrado frente al completo y un balance energético algo superior, siendo la energía contenida en la biomasa, en ambos casos, diez veces superior respecto a la que se necesita para su aprovechamiento. Se concluye que es posible obtener astillas de calidad procedente de estos sistemas de aprovechamiento biomásico (fustes y árbol completo) siempre que se controle la humedad y el contenido en cenizas y que es posible obtener pellets de alta calidad a partir de fustes descortezados y sin descortezar, así como de su fracción de ramas, lo que implica que los abundantes recursos biomásicos en la Provincia de Valencia pueden ser transformados en / [CAT] En el marc del desenvolupament d'una bioeconomia sostenible, aquesta tesis doctoral pretén estimular la gestió forestal sostenible orientada a l'ordenació i movilització dels recursos bioenergètics dels forets mediterranis, protegir els ecosistemes forestals front als incendis forestals, optimitzar els balanços de carboni en la cadena de valor de la bioenergia forestal i, finalment, contribuir al desenvolupament rural mitjançant la generació de treball i riquesa en el sector de les energies renovables. Per a assolir aquests reptes, l'objectiu general de la investigació és l'anàlisis i el desenvolupament d'un model integral de gestió, planificació, aprovisionament i valorització energètica de la biomasa forestal residual de la Provincia de València. Per a fer açò possible, s'ha analitzat el territori de la Provincia de València a partir d'informació forestal i agrícola recollida en distintes bases de dades mitjançant l'aplicació de Sistemes d'Informació Geogràfica (SIG) i de criteris de selecció i d'aprofitament sostenible. S'ha estimat la quantitat de biomasa agroforestal residual existent i aprofitable. S'han definit e identificat districtes bioenergètics en base a un model sostenible de gestió, aprovisionament, transformació i ús de la biomasa a escala supramunicipal. S'han seleccionat parcel·les forestals representatives i en elles s'han dut a terme aprofitaments experimentals de biomasa mitjançant el sistema integrat (aprofitament per separat de canó i de residus forestals) i el sistema d'arbre complet. A continuació, s'han comparat ambdós sistemes pel que fa a rendiments, productivitat, costs, impacte ambiental, emissions de carboni i balanços energètics. Posteriorment, a partir del material recollit s'ha estudiat la qualitat de les estelles generades amb els aprofitaments segons la normativa de qualitat europea. En paralel, s'ha disenyat i posat en marxa una planta pilot a escala de laboratori per a l'elaboració de pellets a partir de les estelles obtingudes de camp. Per últim, s'ha analitzat la qualitat dels pellets i s'ha estudiat la influència de factors com l'espècie, la fracció de l'arbre i la presencia d'escorça sobre les variables de qualitat establint els límits màxims tolerables d'escorça per a la producció de pellets de qualitat. Com resultats, s'ha estimat que en la Provincia de València la quantitat de biomasa residual aprofitable és d'al voltant de 28t/ha, identificant-se huit districtes bioenergètics en els que es podria donar un sumisitre sostingut en quantitat i en qualitat de biomasa en base als seus propis recursos agroforestals. Les parceles representatives de les mases dominants perteneixen al estrate Pinus halepensis en estat de perxada amb una desnitat de recobriment de entre el 40-69%, situades a altituds mitjanes de 600 m sobre el nivell del mar, amb orientacions dominants est-suroest i pendents mitjanes al voltant del 15%. El sistema d'aprofitament integrat ha resultat ser el més adequat per a l'aprofitament d'estes mases dominants debut a un major rendiment en el desembosc que se tradueix en menors consums de combustible, menors costs totals, major rentabilitat econòmica i financiera, un menor impacte ambiental, unes emissions lleugerament menors del sistema integrat front al complet per menor consum de combustibles i un balanç energètic lleugérament superior, siguent l'energia continguda en la biomasa per a amdós sistemes deu voltes superior respecte a la que es necessita per a la seua mobilització i aprofitament. Se conclou que és possible obtindre estelles de qualitat procedent d'aquests sistemes d'aprofitament biomàsic (canó i arbre complet) sempre que se controle la humitat i el contigut de cendres i que és possible obtindre pellets d'alta qualitat a partir de canons descorçats i amb escorça, així com de la seua fracció de rames, el que implica que els abundants recursos biomàsics de la Provincia de València poden ser / Lerma Arce, V. (2015). Planificación, logística y valorización de biomasa forestal residual en la provincia de Valencia [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/52391 / TESIS

Les tempêtes hivernales causent des pertes en bois qui s’élèvent à 50% du volume des dégâts dans les forêts européennes. Les phénomènes de déracinement des arbres (chablis) sont les plus fréquents or ils sont encore mal compris. Cette thèse vise à mieux comprendre le processus de déracinement de l’arbre et à identifier les traits structuraux et matériels (racines, sol) ayant un effet du premier ordre sur l’ancrage racinaire dans le cas du Pinus pinaster. Un modèle d’éléments finis a été développé et permis de simuler et suivre la chronologie des ruptures successives au cours du déracinement. Un seuil de rupture globale de l’ancrage est ainsi défini comme une résultante de l’architecture et de la résistance des matériaux en jeu (racines, sol). Cela devrait permettre à terme d’améliorer les modèles de risque au vent qui actuellement n’incluent pas de relation mécaniste pour le chablis. Dans la même logique, nous nous sommes appuyés sur les données expérimentales pour construire une architecture simplifiée du système racinaire du P. pinaster. L’importance des différentes composantes sur le mécanisme d’ancrage a été étudiée et le rôle essentiel joué par le pivot et les racines traçantes montré. Ce résultat confirme de nombreuses études expérimentales et théoriques et pour la première fois permet de quantifier ces effets. Le nombre de paramètres pertinents pourra ainsi être réduit pour exprimer l’ancrage. Cela ouvre des perspectives intéressantes pour simplifier l’utilisation du modèle pour l’appliquer à d’autres espèces, d’autres conditions de sol et différentes pratiques sylvicoles. / Winter storms cause 50% of wood damage by volume to European forests. Tree uprooting isthe most frequent phenomenon during storms ; however the mechanism is not well understood.This thesis aims to better understand the tree uprooting process and to identify both rootstructural features and material properties which have first-order effects on tree anchoragestrength for the case ofPinus pinaster. A Finite Element Model has been developed and allowedsimulating and tracking the sequential root breakage during the course of tree overturning. Anoverall tree anchorage strength is thus defined as the resultant of contribution of root systemarchitecture and material strength (roots, soil). This would allow improving the risk modelswhich currently don’t include any mechanistic relationships to describe tree uprooting. In thesame spirit, we have relied on root architectural data to build a simplified root system patternwith features ofP. pinaster. Importance of different root components has been studied andthe essential role of the taproot and shallow roots demonstrated. This result has confirmednumerous experimental and theoretical studies and for the first time quantified these impacts.Therefore the number of relevant parameters can be reduced to express overall root anchorage.This opens new prospects to simplify the model in order to apply to other species under othersoil conditions and considering different silvicultural practices

Le nématode du pin Bursaphelenchus xylophilus, originaire des Etats-Unis, est responsable de dépérissements massifs dans les forêts de pin des pays où il a été introduit. Il utilise comme vecteur un insecte du genre Monochamus, notamment M. galloprovincialis en Europe. L’objectif de cette thèse est de fournir des informations concernant les capacités de dispersion de ce coléoptère afin de mieux prédire le risque d'invasion. A l'aide d'expériences en manège de vol, nous avons montré que les adultes émergents, encore immatures, sont déjà en mesure de maintenir des vols soutenus. Ils peuvent parcourir une distance d'environ 500m par jour et les capacités de vol augmentent avec la prise de poids pendant la phase de maturation sexuelle. Il n'existe pas de compromis d'allocation de l'énergie entre fonctions de dispersion et de reproduction pendant cette période et nous proposons de qualifier ces insectes de "income breeder" et "capital disperser". A l'état mature M. galloprovincialis est capable de voler un total de 16 km, avec des vols individuels d'environ1 km; ces performances augmentent avec l'âge et le poids des insectes. Le maintien des capacités de vol tout au long de la vie adulte de M. galloprovincialis conduit à proposer que les distances potentiellement parcourues dépendent surtout de la longévité de l'insecte. Dans une expérience d'élevage en conditions contrôlées nous avons montré que la vie adulte dure au moins 4 mois, augmentant quand les fluctuations thermiques sont atténuées. Ces résultats ont des implications pour la gestion de B. xylophilus en Europe puisqu'ils démontrent que la méthode d'éradication par coupe rase sur un rayon de 500m est probablement inopérante. / The pinewood nematode (PWN) Bursaphelenchus xylophilus, native to the USA, is responsible of the pine wilt disease, causing large economic losses in the pine forests of all countries where it has been introduced. It uses as vector an insect of the genus Monochamus, e.g. M.galloprovincialis in Europe The objective of this thesis is to provide information about the dispersalabilities of, this beetle in order to better predict the spread rate of the PWN. Using flight mill experiments, we showed that immature adult beetles were able to fly since their emergence. The meanflight performance was ca. 500m per day, increasing with weight gain during the maturation period.There was no trade-offs in energy allocation between reproduction and dispersion. We therefore suggest that M. galloprovincialis is both "income breeder" and "capital disperser". Mature beetles were able to fly a total of 16km on average during their lifetime, with individual flights of ca. 1km. Flight performances increased with age and body weight, being equal for males and females. Because flight capacity remained constant across time, we suggested that the total distance potentially covered by beetles was mainly driven by their longevity. In a rearing experiment under controlled conditions we estimated the adult lifespan at 4 months. It was reduced under temperature regime with higheryearly thermal fluctuations. These results have important implications for the management of the PWN since they demonstrate that precautionary clear-cuts of 500m radius are likely to be ineffective in eradicating the disease.

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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.