Les changements climatiques et socio-économiques dans la région méditerranéenne constituent une menace importante pour les écosystèmes forestiers en affectant leur fonctionnement direct (augmentation de la sècheresse) et le régime des perturbations (incendies). Les interactions entre végétation, sécheresse, régime des feux et activités anthropiques ont été étudiées à l'échelle régionale sur la région Languedoc-Roussillon (LR) à partir des observations durant les dernières décennies (1971-2006) et de scénarios climatiques pour la fin du 21ième siècle (2071-2100). Les résultats montrent que l'évolution récente du climat dans la région LR est caractérisée par une augmentation des conditions de sècheresse présentant une variabilité spatiale importante. Ces tendances climatiques ont entrainé des modifications des caractéristiques de la période de sècheresse des écosystèmes (augmentation de l'intensité, décalage de la saisonnalité). Malgré cette augmentation des conditions favorables à l'occurrence et au développement des incendies, un nouvelle politique de suppression des incendies initié en 1987 a entrainé une diminution du nombre de départs de feux et des surfaces brulées. Cette politique a également modifié les facteurs explicatifs du développement des feux qui, auparavant majoritairement contrôlés par l'état hydrique de la végétation, sont désormais déterminés par la cooccurrence de la sècheresse et d'épisodes venteux. D'autre part, nos résultats ont pu quantifier la contribution relative des caractéristiques spatiales des activités humaines (densité des infrastructures, interface habitat forêt), de la végétation (composition, continuité) et des conditions météorologiques sur la distribution spatiale des incendies. Ainsi, les prédictions de l'évolution du régime des feux sur le siècle prochain sont fortement dépendantes des futures trajectoires de l'activité anthropique, des stratégies d'occupation du territoire mais également de l'incertitude liée à la régionalisation des modèles climatiques. / Climate and socio-economic changes in the Mediterranean region are expected to affect the functioning of forested ecosystems (increased drought) and the disturbance regime (wildfire). The interactions between vegetation, drought, fire regime and human activities were studied at regional scale in the Languedoc-Roussillon region (LR; Southern France) from observations over recent decades (1971-2006) and climate scenarios for the end of the 21st century (2071-2100). Recent climate changes in the LR region are characterized by an increase in drought conditions with a high spatial variability. These climate changes modified the features of the major drought period in forested ecosystems (increasing intensity, shifting seasonality). However, despite this increase in fire prone conditions, a new policy of fire suppression started in 1987 led to a decrease in the number of fire starts and burnt areas in LR region. This policy also changed the relative contribution of factors explaining fire spread, which previously mainly controlled by the water status of vegetation, are now determined by the co-occurrence of drought and windy events. Furthermore, our results could quantify the relative contribution of the spatial patterns of human activities (infrastructure density, forest habitat interface), vegetation (composition, fuel continuity) and weather on the regional distribution of fires. Thus, predictions on the future fire regime in the region should be mainly controlled by changes in human activities and settlements, as well as climate forecasts and their related uncertainty in downscaling methods, which have a significant impact on predictions of drought of forested ecosystems.

Les interactions entre chloroplastes et mitochondries restent encore mal connues, notamment en réponse à des conditions de stress. Dans ces conditions, il est suggéré que les voies de transfert d'électrons liées à des protéines découplantes AOX ou pUCP (mitochondriales) et PTOX (plastidiale) pourraient limiter la formation de ROS afin d'atténuer les dommages oxydatifs dans ces organites. Dans le cadre de notre travail, nous avons retenu deux cultivars de Vigna unguiculata, cv 1183 et cv EPACE. Les deux cultivars n'ont pas montré de réelles différences de sensibilité à la sécheresse. Par contre le cultivar EPACE s'est montré plus tolérant à l'O3 sur la base du développement des nécroses et plusieurs paramètres physiologiques (Fv/Fm, [phi]PSII) et biochimiques (glutathion). Pour les profils d'expression des gènes codant pour l'AOX, la pUCP et la PTOX deux réponses ont été clairement identifiées chez le cultivar EPACE. Sur un court terme l'expression de ces protéines est généralement stimulée. Sur un plus long terme (14 jours), la réponse diffère en fonction de la contrainte. Sous O3, la plus forte expression des protéines mitochondriales est maintenue alors que le gène codant pour la PTOX est sousrégulé. Sous sécheresse seule la protéine plastidiale (PTOX) reste sur-régulée. Dans des conditions de combinaison de contrainte, la sécheresse a peu d'effet sur l'influx d'O3 dans les feuilles, et les gènes VuPTOX et VuUCP1b sont sur-régulés après 3 et 7 jours de contrainte. Cette sur-régulation, déjà observée en réponse à la sécheresse seule, pourrait jouer un rôle déterminant pour prévenir la formation de ROS à la fois dans la mitochondrie et dans le chloroplaste / Possible interactions between chloroplast and mitochondria remain poorly known, particularly in response to stress conditions. Under these conditions, it is suggested that the electron transfer pathways linked to AOX or pUCP (mitochondrial uncoupling proteins) and PTOX (plastidial uncoupling protein) could limit the formation of ROS to reduce oxidative damage in cellular organelles. In our work, we selected two cultivars of Vigna unguiculata, cv 1183 and cv EPACE. Under our experimental conditions, both cultivars showed no real differences in sensitivity to drought. However cv EPACE was more tolerant to O3 based on the development of necrosis and several physiological parameters (Fv/Fm, [phi]PSII) and biochemical (glutathione content). For the expression profiles of genes encoding AOX, PUCP and PTOX two responses were clearly identified in the cultivar EPACE. On a shortterm, expression of these proteins is generally stimulated. On a longer term (14 days), the answer differs depending on the treatment. Under O3, the strongest expression of mitochondrial proteins is maintained while the gene encoding the PTOX is down-regulated. Under drought only the plastid protein (PTOX) is upregulated. Under conditions of stress combination, drought has little effect on the influx of O3 in the leaves, and the VuPTOX and VuUCP1b genes are up-regulated after 3 and 7 days of stress. This over-regulation, already observed in response to drought alone could play a role in preventing the formation of ROS in both mitochondria and chloroplasts

Les changements climatiques globaux sont responsables de l'augmentation de la fréquence des épisodes de sécheresse et de fortes concentrations d'ozone troposphérique, qui peuvent se produire simultanément pour réduire la croissance des plantes en limitant la production agricole et affectant la fourniture de nourriture pour une population mondiale croissante. Ces contraintes environnementales peuvent conduire à la surproduction d'espèces réactives de l'oxygène en favorisant le stress oxydatif et provoquant un déséquilibre métabolique. Les membranes cellulaires sont les premières cibles des dommages induits par le stress et la préservation de l'intégrité cellulaire par le remodelage des lipides membranaires est essentielle pour la survie des plantes dans des conditions défavorables. L'objectif de cette étude était d'étudier les effets de la sécheresse, de l'ozone et des contraintes combinées chez deux cultivars de haricot niébé dotés de différents degrés de tolérance à la sécheresse: EPACE-1 et IT83-D par des réponses physiologiques et par une étude portée sur la teneur et la composition des lipides de membrane, ainsi que dans l'expression de gènes liés à la biosynthèse et la dégradation des ces lipides. La sécheresse et l'ozone (120 ppb), seuls ou en combinaison, ont été appliqués aux plantes après trois semaines de germination pendant deux semaines. Après 7 et 14 jours de traitements, des paramètres physiologiques ont été déterminés. Les lipides extraits de feuilles ont été analysés par chromatographie en phase gazeuse/spectrométrie de masse. L'accumulation de transcrits (VuMGD1, VuMGD2, VuDGD1, VuDGD2, VuCLS, VuFAD7, VuFAD8, VuPLD1 et VuPAT1) a été détecté chez les feuilles par PCR en temps réel. Chez les deux cultivars, la sécheresse a limité la croissance et la photosynthèse par la fermeture des stomates, ce qui a semblé impliquer l'expression génétique de la phospholipase D (VuPLD1). L'ozone a causé des dommages foliaires et de la dégradation des galactolipides, principalement chez IT83-D. Chez ce cultivar, les dommages ont impliqué dans l'augmentation du ratio DGDG:MGDG et de l'expression de VuDGD2. De plus, une diminution partielle de la teneur en phospholipides en réponse à l'ozone a été associée à une augmentation de l'expression de VuPLD1, ce qui suggère un remplacement des phospholipides par DGDG. Contrairement, le cultivar EPACE-1 en présence d'ozone, en même temps que la dégradation des galactolipides, a montré une augmentation de la teneur en lipides de réserve et en DPG (cardiolipine). La combinaison des contraintes a conduit à des résultats similaires à ceux de la sécheresse appliquée séparément, chez les deux cultivars, ce qui reflète probablement la forte restriction de l'absorption de l'ozone en raison de la fermeture des stomates induite par la sécheresse. En conclusion, les présents résultats mettent en évidence le rôle important des lipides membranaires dans les ajustements métaboliques qui se produisent pour régler la tolérance des plantes à la sécheresse et à l'ozone / Global climate changes are responsible for the increased frequency of episodes of drought and high concentrations of tropospheric ozone, which can occur simultaneously to reduce plant growth, limiting agricultural production and affecting the food supply for an increasing world population. These environmental stresses can lead to the overproduction of reactive oxygen species, promoting oxidative stress and causing metabolic imbalance. Cell membranes are the primary targets of damage induced by stresses and the preservation of cell integrity through remodeling of membrane lipids is essential for plant survival under adverse conditions. The objective of this study was to investigate the effects of drought, ozone and the combined stresses in two cowpea cultivars with different degrees of drought tolerance: EPACE-1 and IT83-D through physiological responses and a study focused on the content and composition of membrane lipids, as well as on the expression of genes related to the biosynthesis and degradation of these lipids. Drought and ozone (120 ppb), isolated or in combination, were applied on three-week-old seedlings during two weeks. After 7 and 14 days of treatments, physiological parameters were determined. Lipids extracted from leaves were analyzed by gas chromatography/mass spectrometry. Transcript accumulation (VuMGD1, VuMGD2, VuDGD1, VuDGD2, VuCLS, VuFAD7, VuFAD8, VuPLD1 and VuPAT1) was detected in leaves by real time PCR. In both cultivars, drought inhibited the plant growth and photosynthesis through stomatal closure, which appeared to involve the gene expression of phospholipase D (VuPLD1). Ozone caused foliar injury and degradation of galactolipids, mainly in IT83-D. In this cultivar, the damage resulted in an increase in DGDG:MGDG ratio and in VuDGD2 expression. Furthermore, a partial decrease in the phospholipids content in response to ozone was associated with an increase in VuPLD1 expression, suggesting a replacement of phospholipids by DGDG. Differently, EPACE-1 cultivar in the presence of ozone, concomitantly with the degradation of galactolipids, showed an increase in storage lipids and DPG (cardiolipin) contents. The two stresses in combination led to results similar to those observed in response to the drought treatment alone, in both cultivars, which likely reflected the severe restriction of ozone uptake resulting from drought-induced stomatal closure. In conclusion, the present results highlight the prominent role of membrane lipids in the metabolic adjustments that occur for the plant tolerance to drought and ozone

Ce travail de recherche est résultat d’une collaboration active entre les deux écoles d’architecture de Toulouse et le DICAAR de Cagliari qui explore la relation entre le paysage rural et le projet d’architecture. La choix d’une thèse qui se focalise sur le cas d’étude “local” se détache de la dimension de l’individu particulier, encarré comme cas typique de la Méditerranée, espace de condensation de nouvelles dynamiques agricoles liées au déplacement d’intérêt de la ville au village, avec les changements climatiques et ses influences sur l’architecture et les cultures constructives locales. La Sardaigne est un cas de recherche intéressant, soit pour la variété de son territoire, soit pour les changements climatiques qui voient une radicalisation progressive des conditions de l’intermittence de l’eau. La lecture des principes traditionnels de gestion de l’eau devient la base pour définir les instructions du projet qui doit comprendre la prévention des risques et la production de nouveaux espaces pour la campagne grâce à des techniques de gestion de l’eau. Les cas choisis sont situés sur les quatre rivières les plus importantes de la Sardaigne, qui ont été soumis à des phénomènes météorologiques extrêmes. Les projets sont basés sur la notion de temps, en particulier de la réversibilité de l’intervention, et de la définition de dispositifs légers. Dans la dernière section on résume une matrice des bonnes pratiques et des lignes directrices pour la gestion de l’eau et la gestion des terres qui est basée sur l’identification et l’analyse des questions critiques, le projet d’action qui utilise les technologies et la définition des espaces de qualité. Le projet doit se baser sur un concept de développement durable qui regarde une architecture qui se auto-soutiens, un projet de paysage qui peut produire par soi-même les ressources nécessaires. / This research is the result of an active collaboration between the two schools of architecture of Toulouse and the DICAAR of Cagliari, which explores the relationship between the rural landscape and the project. The research deals with architecture design in weak contexts, exploring the possibilities offered by water techniques in rural areas. The field survey is Sardinia, characterized by a difficult relationship with water, caused by intermittence that generates problems like drought and flooding. It is necessary to understand the rules of water and land management in order to develop a new operational line on the territory. Reflecting on traditional techniques in terms of standards intends to understand the primary management rules to be applied in the contemporary project, the construction details of the scale, but also on thescale of the urban network and territory, useful for the identification, prevention and management of risks. Reading the principles of management becomes the basis for defining project instructions which must include risk prevention and the production of new areas for the campaign through water management techniques. Selected case studies are located on the four most important rivers of Sardinia, which have historically been subjected to extreme weather events. The projects are based on the notion of time, in particular the reversibility of the intervention, with the construction of an abacus of good practices and new architectures based on the identification and analysis of critical issues, the action project that usestechnologies and the definition of quality spaces. The matrix reflects on a series of projects that addressed the relationship between technology and landscape in complex climatic conditions. The project must be based on a concept of sustainable development that looks at a self-supporting architecture, a landscape project that can produce by itself the resources.

L'acide abscissique (ABA) est une phytohormone universellement conservée dans les plantes terrestres qui coordonne plusieurs aspects de la réponse des plantes au déficit hydrique telles que l'architecture de la racine, la dormance des graines et la régulation de la fermeture des stomates. Un mécanisme de transduction du signal de l'ABA a été proposé incluant des récepteurs intracellulaires (ABA PYR/PYL/RCARs) qui coopèrent avec les phosphatases PP2Cs et des protéines kinases SnRK2 régulant ce système tripartite. Le but de cette étude était d'identifier et de caractériser pour la première fois les gènes orthologues de ce système tripartite chez Coffea. Ainsi, les séquences de protéines d'Arabidopsis, de citrus, du riz, du raisin, de la tomate et de la pomme de terre ont été choisis pour la requête des gènes orthologues dans le Coffee Genome Hub (http://coffee-genome.org/). L'expression différentielle dans les tissus tels que les feuilles, les graines, les racines et les organes floraux a été vérifié par le biais des analyses in silico. L'expression des gènes in vivo a été également réalisée par RT-qPCR dans les feuilles et les racines des clones Conilon de C. canephora tolérant (DT 14, 73 et 120) et susceptibles soumis (ou non) à la sécheresse (DS 22). Les profils d'expression des genes du système tripartite CcPYL-PP2C-SnRK2 ont également été analysés dans des feuilles de C. arabica (Ca) et de C. canephora (Cc) cultivées dans des conditions hydroponiques et soumis à un traitement d´ABA exogène (500 uM). Cette approche a permis l'identification et la caractérisation de 24 gènes candidats (9 PYR/PYL/RCARs, 6 PP2Cs et 9 SnRK2s) dans le génome de Cc. Les motifs protéiques identifiés dans les séquences de café ont permis la caractérisation de ces gènes comme des membres de la famille des récepteurs PYL /RCARs, les phosphatases PP2Cs ou kinase SnRK2 de la voie de réponse dépendante d'ABA. Ces familles ont été fonctionnellement annotés dans le génome de Cc. Les analyses in vivo ont révélées que huit gènes étaient surexprimé en condition de sécheresse dans les feuilles et les racines. Parmi eux, trois gènes codant phosphatases se sont exprimés dans tous les clones (DT et DS), suggèrant qu'ils ont été activés comme une réponse générale face au stress de la sécheresse. Cependant, deux autres gènes de la phosphatase de codage n´ont été surexprimé que dans les clones DT, suggèrant qu'ils constituent les principaux gènes de tolérance à la sécheresse chez ces clones. Les clones DT ont également montré des profils d'expression génique différents pour les cinq autres gènes, renforçant ainsi l'idée que des multiples mécanismes biologiques sont impliqués dans la tolérance à la sécheresse en Cc. En réponse à l´ABA exogène, 17 gènes se sont exprimés dans les feuilles des plantes Cc et Ca. Plusieurs gènes se sont exprimés differament chez le clone DT 14, soit en traitement contrôle ou après 24h de traitement avec ABA. En condition contrôle, cinq gènes se sont surexprimés aussi bien chez le Cc que chez le Ca DT. La kinase CcSnRK2.6 a été soulignée comme un gène exprimé spécifiquement chez le Cc (DT et DS) après 72h de traitement avec ABA. En géneral, on a observé que la voie de signalisation de l'ABA est retardée chez le DS Ca Rubi. Ces preuves moléculaires sont confirmées par des analyses de microscopie montrant que le clone DT 14 était plus efficace dans le contrôle de la fermeture des stomates que d'autres plantes de café en réponse au traitement d´ABA. Tous ces évidences nous aideront à identifier le déterminisme génétique de la tolérance à la sécheresse par la voie de l´ABA, essentielle pour obtenir des marqueurs moléculaires qui pourraient être utiles dans les programmes de sélection du café. / Abscisic acid (ABA) is a phytohormone universally conserved in land plants which coordinates several aspects of the plant response to water deficit such as root architecture, seed dormancy and regulation of stomatal closure. A mechanism of ABA signal transduction has been proposed, evolving intracellular ABA receptors (PYR/PYL/RCARs) interacting with PP2Cs phosphatases and SnRK2 protein kinases regulating this tripartite protein system. The goal of this study was to identify and characterize for the first time the orthologs genes of this tripartite system in Coffea. For this purpose, protein sequences from Arabidopsis, citrus, rice, grape, tomato and potato were chosen as query to search orthologous genes in the Coffee Genome Hub (http://coffee-genome.org/). Differential expression in tissues as leaves, seeds, roots and floral organs was checked through in silico analyses. In vivo gene expression analyses were also performed by RT-qPCR in leaves and roots of drought-tolerant (DT 14, 73 and 120) and drought-susceptible (DS 22) C. canephora Conilon clones submitted (or not) to drought. The expression profiles of the tripartite system CcPYL-PP2C-SnRK2 genes were also analyzed in leaves of C. arabica (Ca) and C. canephora (Cc) plants grown under hydroponic condition and submitted to exogenous ABA treatment (500 µM). This approach allowed the identification and characterization of 24 candidate genes (9 PYL/RCARs, 6 PP2Cs and 9 SnRK2s) in Cc genome. The protein motifs identified in the predict coffee sequences enabled characterize these genes as family’s members of PYL/RCARs receptors, PP2Cs phosphatases or SnRK2 kinases of the ABA-dependent response pathway. These families were functionally annotated in the Cc genome. In vivo analyses revealed that eight genes were up-regulated under drought conditions in both leaves and roots tissues. Among them, three genes coding phosphatases were expressed in all (DT and DS) clones therefore suggesting that they were activated as a general response to cope with drought stress. However, two other phosphatase coding genes were up-regulated only in the DT clones, suggesting that they constitute key-genes for drought tolerance in these clones. The DT clones also showed differential gene expression profiles for five other genes thus reinforcing the idea that multiple biological mechanisms are involved in drought tolerance in Cc. In response to exogenous ABA, 17 genes were expressed in leaves of Cc and Ca plants. Several genes were differentially expressed in the DT clone 14 either in control condition or after 24h with ABA treatment. Under control condition, five genes were higher expressed as in the Cc as in Ca DT plants. The kinase CcSnRK2.6 was highlighted as a gene specifically expressed in the Cc plants (DT and DS) after 72h of ABA treatment. Overall, it was observed that ABA signaling pathway is delayed in the DS C. arabica Rubi. Those molecular evidences corroborated with microscopies analyses which showed that the DT clone 14 was more efficient to control the stomatal closure than other coffee plants in response to ABA treatment. All these evidences will help us to identify the genetic determinism of drought tolerance through ABA pathway essential to obtain molecular markers that could be used in coffee breeding programs

Dans le contexte des changements globaux, la biodiversité en Méditerranée est menacée, notamment par une sécheresse plus intense, avec des modifications probables du fonctionnement des écosystèmes. Cette thèse étudie l’effet de la sécheresse accrue sur la végétation et la modulation des effets par la diversité végétale, par une expérimentation d’exclusion de pluie dans une garrigue au nord de Marseille avec un gradient naturel de diversité. Les performances des 4 arbustes dominants, la diversité spécifique et fonctionnelle, les relations interspécifiques et la relation diversité-productivité de la garrigue ont été étudiés sous deux niveaux de pluieAprès 2,5 années, les effets de la sécheresse accrue sur la performance des 4 arbustes dépendent de l’espèce et du paramètre évalués et peuvent être modulés par la diversité des co-dominantes. Q.coccifera parait plus résistante et résiliente, suivie de R.officinalis et finalement de C.albidus et U.parviflorus. Ceci s’explique en partie par leurs différentes stratégies d’acquisition, utilisation et conservation du carbone et de l’eau. Les traits foliaires et la diversité fonctionnelle et spécifique ne sont pas affectés significativement par la réduction des pluies, mais dépendent du nombre, l’identité et le recouvrement des dominantes. Au vu de l’effet différentiel de la sécheresse accrue sur les espèces dominantes, on peut s’attendre à un effet négatif indirect de la sécheresse sur la biodiversité et donc sur le fonctionnement de la garrigue. On confirme l’importance d’intégrer les facteurs biotiques dans les modèles visant à prévoir le fonctionnement et les services des écosystèmes dans le cadre du changement climatique. / In the global change context, the biodiversity in the Mediterranean is under threat, mainly due to the more intense drought, which could lead to modification of ecosystem functioning. This thesis focuses on the effects of higher drought on the aboveground vegetation and the modulation of these effects by plant diversity thanks to a precipitation exclusion experiment in a shrubland in the south of France whith a natural diversity gradient. The 4 dominant shrub species performances, the specific and functional diversity, the interspecific interaction, and the biodiversity-productivity relationship were studied under 2 rain levelsAfter 2,5 years the effects of increased drought on the 4 dominant shrub performances was species- and parameter-dependant and can be modulated by the diversity of the co-dominant species. Q. coccifera seems the most resistant and resilient, followed by R. officinalis and finally by C. albidus and U. parviflorus. This is partly explained by the different strategies of acquisition, utilization and conservation of carbon and water of the four species. The leaf traits, the functional and specific diversity are not significantly affected by the precipitation decrease, but they depend on the number, the identity and the cover of the dominant shrubs. Given the differential effect of higher drought on the dominant species performances, we could expect an indirect negative effect of drought on the shrubland diversity and so on ecosystem functioning. We confirm the importance of taking into account the biotic factors in models aiming to predict the ecosystem functioning and environmental risks and services under future in the climate change context

Une augmentation des dépérissements forestiers a été observée ces dernières décennies et les mécanismes écophysiologiques sous-jacents à un phénomène de mortalité sont aujourd’hui mal connus. La multiplicité des études a permis de dégager plusieurs hypothèses sur les mécanismes fonctionnels mis à l’œuvre lors d’un événement de dépérissement menant à la mortalité dont deux se dégagent : un dysfonctionnement du système hydraulique ou un épuisement des réserves carbonées. Néanmoins, ces hypothèses se sont révélées être non exclusives, ni exhaustives. D’autres hypothèses ont alors été proposées, notamment la contribution d’un dysfonctionnement azoté. De nombreuses observations font état d’un risque potentiel sur l’état écologique du hêtre face à ces changements climatiques globaux par notamment une baisse de la disponibilité en azote du sol et une augmentation des événements de sécheresse. Le travail au sein de cette thèse a donc cherché à évaluer la contribution des métabolismes azoté et carboné aux dysfonctionnements observés lors d’un épisode de dépérissement menant à une mortalité. Durant les 3 ans du projet, nous avons étudié comment le métabolisme azoté et carboné pouvaient être impactés par des défoliations annuelles successives ou une sécheresse longue et intense. Notre étude a permis de montrer que face à une contrainte hydrique sévère ou une défoliation, le cycle azoté interne à l’arbre est conservé avec une forte allocation de l’azote vers le compartiment foliaire au printemps et un recyclage efficace vers les organes pérennes à l’automne. Nous avons pu estimer que cet azote recyclé à l’automne contribue fortement à la mise en place du nouveau compartiment foliaire au printemps suivant et ce, même face à des contraintes importantes. Nous avons pu également mettre en évidence que la quantité de réserves carbonées est maintenue face à une défoliation et, au moins dans un premier temps, face à une sécheresse. Néanmoins, la demande proportionnelle pour des besoins osmotiques a mené à des changements de la composition des sucres de jeunes branches et, face à une sécheresse longue et intense, à une baisse de la quantité de réserves carbonées jusqu’à la mort de l’arbre où les réserves carbonées sont fortement diminuées mais pas totalement épuisées. Finalement, le taux de mortalité dans notre expérimentation fut très faible indiquant la résistance du hêtre lorrain à des contraintes extrêmes. Nos résultats soulignent le caractère de résistance du hêtre face à une contrainte via des ajustements des métabolismes internes mais cette résistance pourrait être perdue si la contrainte est plus longue et plus récurrente. Ces éléments peuvent questionner sur le possible maintien du hêtre face aux changements climatiques / An increase in forest dieback has been observed in recent decades and the question of how trees will react to these brutal changes is raised by the scientific community but not yet resolved. The multiplicity of studies made it possible to draw several hypotheses on the functional mechanisms put into action during a death event leading to mortality, two of which emerge: a dysfunction of the hydraulic system or a depletion of carbon reserves. Nevertheless, these assumptions turned out to be neither exclusive nor exhaustive. Other hypotheses were then proposed in addition to existing ones, in particular the contribution of nitrogen metabolism during a mortality event. Numerous observations point to a potential risk to the ecological status of beech in the face of these global climate changes, in particular a decrease in the availability of soil nitrogen and an increase in drought events. The work in this thesis has therefore sought to evaluate the contribution of nitrogen and carbon metabolisms to dysfunctions observed during an episode of dieback leading to mortality. During the 3 years of the project, we studied how the nitrogen and carbon metabolism could be impacted by successive annual defoliation or a long and intense drought. Our study has shown the internal tree nitrogen cycle is conserved with a strong allocation of nitrogen to the leaf compartment in the spring, its conservation in the foliage during the growing season and an efficient recycling of the leaf nitrogen to the perennial organs during nitrogen winter remobilization. We have been able to estimate that this recycled nitrogen in the fall contributes significantly to the setting up of the new leaf compartment the following spring, even in the face of significant constraints. We have also been able to show that the quantity of carbon reserves is maintained in the face of defoliation and, at least initially, in the face of drought. Nevertheless, the proportional demand for osmotic requirements in the face of a long and intense drought has led to a decrease in the amount of carbon reserves. When the tree dies, the carbon reserves are greatly reduced, but not until exhaustion, contrary to the theory. Finally, the mortality rate in our experiment was quite low indicating the resistance of the Lorraine beech to extreme constraints such as successive defoliation or a long and intense drought. Our results emphasize the resistance character of the beech against a constraint via internal metabolism adjustments but this resistance could be lost if the stress is longer and more recurrent. These elements can question the possible maintenance of beech in the face of climate change

La réponse des arbres à l'augmentation des sécheresses liées au réchauffement climatique dépend de leur capacité d'adaptation, c’est-à-dire de la variation génétique et de l’héritabilité de caractères adaptatifs impliqués dans la résistance à la sécheresse. Dans le chapitre I, nous identifions des proxys facilement mesurables de caractères adaptatifs impliqués dans la résistance à la sécheresse en comparant la microdensité du bois d’individus morts et survivants après la sécheresse de 2003. Les variables les plus discriminantes sont les densités moyennes de segments de haute et basse densité, la proportion du segment de haute densité et le coefficient de variation du segment de haute densité. Les arbres survivants ont toujours une densité plus élevée et des profils généralement plus hétérogènes. Si ces traits sont suffisamment variables génétiquement et héritables, alors il est possible de sélectionner des arbres plus résistants à la sécheresse dans les populations d'amélioration et dans les peuplements forestiers destinés à être régénérées naturellement. Nos résultats suggèrent qu’une sélection naturelle directionnelle pour la densité du bois du douglas se produit dans des environnements plus ou moins limités en eau. Cette sélection agit dans des directions différentes selon les caractéristiques des pressions de sélections subies dans les régions étudiées. Dans le chapitre II, nous évaluons le potentiel d’adaptation à la sécheresse du douglas introduit en France. Ce potentiel d’adaptation dépend de la variation génétique et de l'héritabilité des caractères adaptatifs mis en évidence dans le chapitre I. Nous trouvons une grande variabilité des estimations d’héritabilité et d’AGCV entre variables, provenances, sites et, dans une faible mesure, entre cernes annuels. La plupart des variables possèdent des héritabilités élevées à assez élevées au moins pour certaines provenances dans certains sites. Certaines variables tendent à avoir des héritabilités et AGCV généralement plus élevées : ce sont plutôt des variables de la partie de faible densité du cerne. Certaines variables de résistance à la sécheresse possèdent à la fois une héritabilité et une AGCV élevées : ce sont de bons critères de sélection pour la résistance à la sécheresse en amélioration génétique ou en régénération naturelle. Les estimations différentes entre sites suggèrent que les estimations d’héritabilités augmentent avec le caractère favorable du milieu. Les estimations sont significativement différentes entre provenances, avec de forts effets d’interaction avec les sites. En revanche il y a peu ou pas de différences significatives entre cernes. Dans le chapitre III, nous avons tenu compte de la variation associée aux cernes de croissance pour étudier les relations entre les estimations annuelles de paramètres génétiques et des variables climatiques et édaphiques. Les estimations d'héritabilité et de variation génétique de la plupart des variables de microdensité sont corrélées significativement avec la plupart des variables environnementales testées. De rares variables n’ont montré aucune corrélation significative dans aucun cas. Les caractéristiques des relations significatives sont variables entre les caractères, les sites et les provenances. Les prédicteurs climatiques les plus importants sont la température, l'évapotranspiration, la réserve en eau du sol et le déficit en eau. Les précipitations affectent peu l´estimation des paramètres génétiques. De façon générale, meilleures sont les conditions de croissance, plus élevées sont les estimations. Toutes les composantes des essais expérimentaux modifient les estimations des paramètres génétiques. Certaines peuvent être fortement déterminées par le choix du matériel végétal et du site. D'autres, comme la variation climatique temporelle, sont moins contrôlées et peuvent affecter de façon plus ou moins aléatoire les estimations. / Forest response to the drought increase associated to the climatic warming relies on tree adaptive potential, i.e. the genetic variation and the heritability of adaptive traits involved in resistance to drought. In the first chapter, we identify easy-to-measure proxies of adaptive traits for resistance to drought. We compare the wood microdensity of dead and surviving trees after the 2003 heat wave in France. The most discriminating variables are the mean density of high and lowdensity segments, high-density proportion and coefficient of variation of the lowdensity segment. The wood of the surviving trees is always denser and more heterogeneous. If these adaptive traits are variable and heritable, then it is possible to select for improved resistance to drought in the breeding population as well as in natural regeneration. Our results also suggest that directional selection is going on in more or less water-stressed environments. The direction is variable according to the nature of the selection pressure in the different regions. In the Chapter II, we estimate the evolutionary potential to drought of the introduced Douglas-fir in France. This evolutionary potential relies on the magnitude of the genetic variation and of the heritability of the adaptive traits found in the first chapter. The heritability and the genetic variation are highly variable between provenances, sites and, to a much lower extent, between annual rings. Most variables have moderate to high heritability estimates for at least some provenances in some sites. Some traits tend to have generally higher heritability and genetic variation estimates. These are mostly variables of the density part of the annual ring. The variables having at the same time relatively high estimates of heritability and genetic variation are good candidates for becoming efficient selection traits for resistance to drought in tree breeding as well as in natural regeneration. The significant between-site variation suggests that the heritability estimates increase with site quality. The estimates are also significantly different between provenances with a strong provenance × site interaction. Conversely there is little significant between annual-ring variation. The chapter III takes advantage of the annual-ring variation to study the relationships between the genetic parameter estimates and climatic and soil variables. The heritability and genetic variation estimates of most variables significantly relates with most tested environmental variables. Very few variables never correlates with any environmental variable. The significant relationships are very variable between traits, provenances and sites. The most important predictors are temperature, evapotranspiration, and soil water reserve and water deficit. Rainfall marginally influences the genetic parameter estimates. Generally, the better the growing conditions, the higher the estimates. All components of the experimental trials affect the genetic parameters estimates. Thus, the choice of the plant material and of the experimental site strongly determines the genetic parameter estimates. The uncontrolled climatic variation may randomly affect the estimates.

L'étude comporte une grande partie dédiée aux nouveaux développements expérimentaux. Le tensiomètre développé au laboratoire a subi une amélioration essentielle. Les mesures directes de la succion au laboratoire et in situ ont démontré sa fiabilité et confirmé la possibilité de longues durées de mesure directes. Les mesures directes de la succion ont permis la détermination de la courbe de rétention d'eau du limon. La méthode des profils instantanés a permis de déterminer la perméabilité l'état non saturé en utilisant des essais d'infiltration. Les comparaisons faites entre les valeurs calculées l'aide d'un modale et celles mesurées pour les principaux paramètres pris en compte (succion, teneur en eau volumique) ont permis de démontrer l'aptitude du modèle reproduire de façon satisfaisante l'état du sol. On a étudié aussi les propriétés de rétention et de variation de volume de l'argile verte de Romainville pour des succions entre 1 et 216 MPa.

Les aires de répartition des arbres pourraient être grandement affectées par le changement climatique. Les résultats d'analyses paléogéographiques ont montré que ces dernières se sont déjà déplacées avec les variations passées du climat. Ces études ont permis de déterminer la direction et la vitesse de migration des espèces, données utilisées actuellement pour générer des prédictions sur l'évolution de l'aire de répartition des espèces forestières en réponse au réchauffement du climat. Cependant, le contexte écologique dans lequel les arbres font face à ces changements est très différent par rapport aux changements climatiques passés : l'augmentation actuelle des températures est plus rapide, les surfaces susceptibles d'être colonisées sont occupées par des écosystèmes très différents et variés (forêts, surfaces agricoles, zones urbaines). Par conséquent, les arbres pourront-ils faire face à la rapidité des changements globaux actuels ? Auront-ils la capacité de migrer pour trouver des conditions plus favorables ou pourront-ils s'adapter et survivre à de nouvelles conditions environnementales ? Dans un premier temps, l'analyse de données historiques (plans d'aménagements de l'Office Nationale des Forêts et Inventaires Forestiers Espagnols) a permis de mettre en évidence des évènements de colonisation et d'extirpation et de quantifier la vitesse de migration de populations situées au cœur ou aux marges de leur aire de répartition. Une colonisation massive de Quercus ilex dans les dunes boisées atlantiques (limite Nord d'aire de répartition) a été mise en évidence au cours des 130 dernières années, confirmant les tendances prédites par les modèles. Cependant, les vitesses de colonisation de cette espèce restent bien inférieures aux déplacements de son bioclimat estimés à partir de modèles de niche. Les espèces localisées en limite Sud d'aire de répartition présentent des remontées altitudinales plus importantes que pour celles situées au cœur de leur aire. En conclusion, nos résultats montrent que les changements globaux ont déjà impactés la répartition des arbres malgré l'existence d'un décalage temporel entre les réponses migratoires des espèces forestières et le déplacement de leur bioclimat. Le stress hydrique est le facteur prépondérant pouvant expliquer le dépérissement des arbres dans un milieu dont la disponibilité en eau est limitée, notamment en marge chaude d'aire de répartition. Nous avons, par conséquent, étudié la résistance à la sécheresse et ses mécanismes chez les plusieurs espèces d'Angiospermes. Nos résultats montrent qu'un seuil de 90% d'embolie mène à des dommages physiologiques irréversibles de la plante et à la mort par déshydratation. Ce seuil est considérablement plus élevé que celui précédemment observé chez les conifères. L'étude du fonctionnement hydraulique d'espèces de chênes co-occurrentes nous a permis de montrer que la survie de Q. robur pourrait être menacée dans les forêts atlantiques dans un contexte de sécheresses de plus en plus intenses car il y subit des taux d'embolie native élevés. Au contraire, Q. ilex présente des taux d'embolie négligeables sur ce même site d'étude.Les vitesses réelles de migrations constituent des données empiriques essentielles qui nous renseignent sur les capacités migratoires effectives des arbres. Elles pourront être intégrées dans les modèles de répartition, tout comme les seuils d'embolie induisant la mort des arbres.