Une tendance à l’augmentation des dépérissements forestiers est observée et risque de s’accentuer dans le contexte actuel de changement climatique. La télédétection peut proposer des méthodes innovantes pour l’évaluation de l’état et du devenir des écosystèmes forestiers. Ce travail de thèse vise à proposer, valider et interpréter des mesures de baisse d’activité des résineux du Sud du Massif-Central et de la sapinière pyrénéenne. Le premier objectif est, par l’utilisation de séries temporelles d’images à moyenne résolution spatiale (images NDVI-MODIS), d’identifier les méthodes permettant de mesurer des baisses d’activité, et de vérifier qu’elles correspondent à des baisses de vitalité, dans des peuplements où se manifestent des phénomènes de dépérissement. La détection de changement d’activité, que l’on peut assimiler à des perturbations, repose sur deux approches : la première mesure des écarts ou des tendances de paramètres de phénologie de surface et la deuxième utilise une procédure de décomposition de la série temporelle. Les mesures de changement ont été réalisées sur la période 2000-2011. La détection des ruptures négatives et de forte amplitude dans la réponse de NDVI de 2003 à 2011 confirme l’influence de la sècheresse de 2003, qui se traduit à la fois par les baisses d’activité liées à l’état des arbres mais également par des coupes de dépérissement qui se sont succédées les années suivantes. Un travail préliminaire à l’étape de validation des baisses de vitalité détectées, a consisté à proposer et appliquer un modèle de détection des coupes afin d’éliminer ces situations des zones d’observation. Une procédure de validation des baisses de vitalité a été mise en place dans le cas de la sapinière des Pyrénées. Pour cela, deux approches ont été utilisées : (1) la confrontation à des données indirectes de l’état des peuplements mais spatialement exhaustives, à travers les inventaires des coupes de dépérissement sur la période 2000-2012 et une cartographie du dépérissement datant de 2001 et (2) la confrontation à des données d’observations directes de l’état des Sapins dans le Pays de Sault (Est des Pyrénées), en utilisant une méthode de diagnostic basée sur l’architecture des arbres (méthode ARCHI), avec un échantillonnage adapté à l’échelle des pixels MODIS (Lambert et al. 2013). Des relations ont été mises en évidence, permettant de valider les méthodes utilisées, mais aussi d’en ressortir des limites d’interprétation. Enfin, pour donner des éléments d’interprétation des phénomènes observés, les variations d’activité observées par télédétection ont été confrontées à des données climatiques et édaphiques spatialisées, adaptées à l’étude des milieux forestiers. Les résultats montrent que les baisses de vitalité constatées dans les peuplements de Sapins du Pays de Sault sont significativement corrélées au facteur climatique température et dans une moindre mesure, aux précipitations. Dans les Pyrénées Centrales, où les facteurs de causalité semblent être multiples, l’influence des conditions de sècheresse hydrique et édaphique n’a pas pu être démontrée. / An increasing trend of forest decline is observed and is likely to increase in the current context of climate change. Remote sensing can provide innovative methods for the forest ecosystems status assessment. This thesis aims at proposing, validating and interpreting activity measurements of some Southern Massif Central and Pyrenees mountains coniferous stands. The first objective is, using of time series of medium spatial resolution (MODIS-NDVI) images, to identify methods to measure decreases of activity, and to verify if they correspond to vitality decreases in stands in which has been observed forest decline. Change detection of activity, which can be considered as disturbances, is based on two approaches: the first allows to measure differences or trends of phenology surface parameters, and the second uses a method based on the time series decomposition. Changes that occur during the 2000-2011 times-period were measured. The detection of high magnitude negative breakpoints in NDVI time series from 2003 to 2011 confirms the influence of the 2003 summer drought, which both led to decreases in activity related to trees heath status and also to clear-cuts during the following years. Before the validation process, a clear-cut detection method was proposed in order to eliminate these situations in the study areas. A validation procedure was implemented on Pyrenean fir stands. For this step, two approaches were implemented: (1) the use of spatially extensive state stands proxies, through cuts inventory inventories during the 2000-2012 times-period and a 2001 forest decline map, and (2) the use of data from direct tree heath’s observations in the fir stands of Pays de Sault region (Eastern Pyrenees) using a diagnostic method based on the observation of tree architecture (ARCHI method). For this second approach, an appropriate sampling was assessed to deal with the MODIS pixels scale (Lambert et al. 2013). Relationships have been identified, allowing to validate the used methods, but also to highlight theirs interpretation’s limits. Finally, to provide an interpretation of the observed phenomena, the remote sensing activity variations were compared to climatic and soil spatial data which are adapted to the study of forest environments. The results show that vitality declines in Pays de Sault fir stands are significantly correlated with climatic factors, temperature and to a lesser degree to precipitations. In the Central Pyrenees, where the causal factors appear to be numerous, the influence of water and soil drought conditions has not been demonstrated.

De nombreux cas de mortalité de Sapin pectiné (Abies alba Mill.) sont constatés en limite sud de son aire de répartition en Provence et semblent être liés aux sécheresses successives de la dernière décennie et à la répartition des propriétés hydriques du sol. L’enjeu est alors de mieux évaluer l’impact du stress hydrique sur le fonctionnement écophysiologique de cette espèce et de pouvoir caractériser et cartographier les zones les plus vulnérables à la sécheresse. Sur le Mont Ventoux, une expérimentation a été mise en place pour suivre pendant 3 ans différents paramètres écophysiologiques impliqués dans le comportement hydrique du Sapin pectiné sur des placettes pour lesquelles les propriétés du sol étaient caractérisées. Sur cette montagne de type karstique, les profondeurs de sols sont très variables et, à l'échelle stationnelle, les taux de mortalité et les intensités de stress hydrique étaient plus élevés sur les sols ayant une réserve hydrique plus importante. De plus, un arrière-effet de la sécheresse de 2009 a été observé réduisant durablement la transpiration de l'année suivante. Une approche par modélisation mécaniste a alors été adoptée en intégrant de nouveaux formalismes sur la dynamique racinaire permettant de prendre en compte cet arrière-effet. Elle a été évaluée sur les différents paramètres impliqués dans le cycle de l'eau et du carbone des arbres et le modèle a été validé sur les dynamiques de transpiration et d’accroissement en largeur de cernes des troncs. Des indices basés sur la mesure de température de surface ont été utilisés pour évaluer la possibilité de détecter le stress hydrique en forêt. Il existe une variabilité résiduelle liée aux facteurs climatiques et à la dimension réduite de la surface de mesure dans la relation entre transpiration et température de surface à l'échelle de l'arbre. A l’échelle du versant, la température de surface a permis d'identifier la répartition spatiale de la durée et de l'intensité du stress hydrique en accord avec la typologie de sol réalisées. La télédétection dans l'infrarouge thermique pourrait ainsi être un outil intéressant pour la gestion forestière. / Many reports of deaths of silver fir (Abies alba Mill.) are mentioned at the southern limit of its limit of distribution in Provence and appear to be related to the successive droughts of the last decade and to the distribution of soil water properties. The aim of the study is then to better assess the impact of water stress on ecophysiological functioning of this species and to characterize and map the areas more vulnerable to drought. On the Mont Ventoux, an experiment was set up to monitor for 3 years ecophysiological parameters involved in the water behaviour of silver fir on plots where soil properties were characterized. On this type of karstic mountain, soils depth is highly variable and, at forest stand scale, mortality rates and intensities of water stress were higher on soils with greater water reserve. In addition, a post-effect of the drought of 2009 was observed by reducing transpiration of the following year. A mechanistic modelling approach was then adopted by integrating new formalisms of root dynamics to take into account this post-effect. It was evaluated on various parameters involved in the water and carbon cycles of trees and the model was validated on the dynamics of transpiration and on annual rings width increment of tree trunks.Indices based on measured surface temperature were used to assess the possibility of detecting water stress in forests. At tree scale, there is a residual variability due to climatic factors and to the small size of the measurement surface in the relationship between transpiration and surface temperature. At the mountainside scale, surface temperature indices allowed identifying the spatial distribution of the duration and intensity of water stress according to the typology of soil done. Remote sensing in the thermal infrared could then be a useful tool for forest management.

De nombreux cas de mortalité de Sapin pectiné (Abies alba Mill.) sont constatés en limite sud de son aire de répartition en Provence et semblent être liés aux sécheresses successives de la dernière décennie et à la répartition des propriétés hydriques du sol. L'enjeu est alors de mieux évaluer l'impact du stress hydrique sur le fonctionnement écophysiologique de cette espèce et de pouvoir caractériser et cartographier les zones les plus vulnérables à la sécheresse. Sur le Mont Ventoux, une expérimentation a été mise en place pour suivre pendant 3 ans différents paramètres écophysiologiques impliqués dans le comportement hydrique du Sapin pectiné sur des placettes pour lesquelles les propriétés du sol étaient caractérisées. Sur cette montagne de type karstique, les profondeurs de sols sont très variables et, à l'échelle stationnelle, les taux de mortalité et les intensités de stress hydrique étaient plus élevés sur les sols ayant une réserve hydrique plus importante. De plus, un arrière-effet de la sécheresse de 2009 a été observé réduisant durablement la transpiration de l'année suivante. Une approche par modélisation mécaniste a alors été adoptée en intégrant de nouveaux formalismes sur la dynamique racinaire permettant de prendre en compte cet arrière-effet. Elle a été évaluée sur les différents paramètres impliqués dans le cycle de l'eau et du carbone des arbres et le modèle a été validé sur les dynamiques de transpiration et d'accroissement en largeur de cernes des troncs. Des indices basés sur la mesure de température de surface ont été utilisés pour évaluer la possibilité de détecter le stress hydrique en forêt. Il existe une variabilité résiduelle liée aux facteurs climatiques et à la dimension réduite de la surface de mesure dans la relation entre transpiration et température de surface à l'échelle de l'arbre. A l'échelle du versant, la température de surface a permis d'identifier la répartition spatiale de la durée et de l'intensité du stress hydrique en accord avec la typologie de sol réalisées. La télédétection dans l'infrarouge thermique pourrait ainsi être un outil intéressant pour la gestion forestière.

Le changement climatique (CC) actuel, très rapide, va imposer aux espèces de faire évoluer leurs traits d’histoire de vie ou leur aire de répartition. En raison de leur long cycle reproductif, les arbres pourraient ne pas avoir la capacité à s’adapter suffisamment vite et leur aptitude à la migration devrait être déterminante. Les vitesses de colonisation des essences forestières lors de l'holocène ont fortement été revues à la baisse aux cours de la dernière décennie (quelques centaines contre quelques centaines de m/an). Dans ce contexte et en s'appuyant sur le sapin pectiné (Abies alba Mill.) en tant qu'espèce modèle nous avons étudié les principaux facteurs conditionnant l'aptitude à la migration. A partir de placettes de régénérations situées sur la face nord du Mont Ventoux, nous avons estimé la dispersion et le recrutement du sapin, en intégrant les sources de graines et les principales caractéristiques environnementales. La dispersion a également été estimée à partir de données génétiques. Dans les deux cas, les distances de dispersion sont de l’ordre du décamètre. La diversité génétique et l'évolution démographique ont été étudiées au sein de la régénération de sapins afin de tester l'hypothèse de purge de consanguinité. L'espèce présente en effet un régime de reproduction mixte, et la part d'autofécondation, à laquelle s'ajoute la reproduction entre individus consanguins, est à l’origine de l'excès d’homozygotie observé généralement dans la régénération, excès diminuant avec l’âge sous l’action d'une probable purge des individus les plus homozygotes. Les semis étudiés ne présentent pas un fort excès d’homozygotie, néanmoins, les individus les plus homozygotes meurent préférentiellement. Enfin, un modèle de dynamique forestière intégrant les processus, qui contrôlent la migration, a été implémenté afin d'évaluer la compatibilité entre la migration des espèces à long cycle de vie et le CC. Les premiers résultats de nos simulations indiquent que le sapin n’est pas capable de migrer aussi vite que s’opère le réchauffement. / Current climate change (CC), really fast, will impose species to change their history life traits or their distribution range. Trees may not be able to adapt because of their long reproductive cycles hence their potentialities of migration is decisive. Past tree migration rates, during Holocene, were revised in downward these rates (several decameters against several hundred m/year). In this context, and focusing on silver fir (Abies alba Mill.) as “model species”, we studied main factors decisive for migration potentialities. Using regeneration plots, installed on Mont Ventoux north face, silver fir dispersal and seedling recruitment have been studied, including seed sources and main environmental characteristics. Dispersal was also estimated using genetic data. For both cases, dispersal distances are of the order of decameters. This species shows a mixed mating system, and auto-fertilization rate, plus reproduction between half-sibs, induces homozygosity excess, generally observed in regeneration, this excess decreases probably under the purge of inbred individuals. Our results show that seedlings do not have show homozygosity excess, however inbred seedlings die preferentially. Lastly, we constructed a model of forest dynamics that includes processes that determine migration, in order to evaluate the concordance between long life cycle species and CC. Our results show that silver fir does not migrate as fast as climate warming velocity.

Ces dernières décennies, la baisse des précipitations estivales en région méditerranéenne associée à l’augmentation des températures a provoqué une diminution de la vitalité des espèces arborées. En raison de sa forte sensibilité à la sécheresse et de sa présence en limite sud de son aire de répartition, les taux de défoliation et de mortalité observés chez le sapin pectiné (Abies alba Mill.) en Provence sont importants. Mais la forte variabilité spatiale de la mortalité au sein et entre les placettes indique que les facteurs qui causent la mortalité sont multiples, complexes et peuvent différer selon l’échelle spatiale étudiée.A partir de placettes situées le long de gradients altitudinaux et topographiques localisées dans trois massifs provençaux (Mont Ventoux, forêt domaniale de l’Issole et forêt de Vésubie), nous avons estimé la variabilité spatiale de la mortalité du sapin et l’avons relié aux variables environnementales et endogènes de l’arbre responsables de son mauvais état sanitaire. L’impact des conditions climatiques, édaphiques, biotiques et des caractéristiques de l’arbre et du peuplement a d’abord été estimé sur la croissance des sapins, puis sur la probabilité de mortalité.Les capacités de rétention en eau des sols semblent avoir un rôle prépondérant sur la croissance et sur la mortalité du sapin par comparaison avec les effets de l’altitude ou des conditions climatiques, ce qui est confirmé par les simulations d’un modèle de fonctionnement basé sur les processus. Les taux de mortalité sont d’autant plus élevés que différents agents biotiques sont présents et abondants. Contrairement aux hypothèses de départ, le processus de mortalité ne semble pas être complètement connecté à celui de dépérissement évalué par l’estimation des dommages au niveau du houppier. De plus si dans certaines conditions les arbres morts sont ceuxdont la croissance radiale était la plus faible au cours de leur vie, dans d’autres cas ce sont ceux qui montrent une forte croissance dans les stades juvéniles. Des modèles statistiques de prédiction de mortalité ont été conçus et révèlent la nécessité de prendre en compte la pente de l’évolution de la croissance des dernières années et les variables de croissance relative. Si le sapin est mal adapté aux futures conditions environnementales, il est néanmoins peu probable qu’il disparaisse complètement des massifs provençaux. / During last decades, the decrease in summer rainfalls and temperatures rising causeddecline in vitality of several woody species in the Mediterranean area. Due to its high sensitivity to drought and its location at the southern part of its distribution range, high defoliation and mortality rates are observed on silver fir (Abies alba Mill.) in Provence. But the large spatial heterogeneity in mortality, within and between, plots indicates that the factors inducing tree mortality are numerous, complex and can differ between studied spatial scales. Using several plots located along altitudinal and topographic gradients on three mountains in Provence (Mont Ventoux, forêt domaniale de l’Issole and forêt de Vésubie), we estimated the spatial variability of silver fir mortality and related it to environmental and endogenous variables which caused crown damages. The impact of climatic, edaphic and biotic conditions and of tree and stand characteristics was assessed on silver fir growth and on the probability of mortality. Soil water capacities seem to have predominant effect of growth and mortality compared with altitudinal or climatic variability effects. This was confirmed by simulations of silver fir functioning using a process-based model. Mortality rates are all the more important since numerous and diverse biotic agents are present. Contrary to initial hypotheses, the mortalityprocess seems not to be always linked with the declining one which is assessed by crown damages estimations. In addition, if in some cases dead trees are those with the lowest growth rates during lifetime, in other cases, dead trees showed high growth rates during the juvenile phase. Statistical models were produced in order to predict mortality and highlight the need to use radial growth trends during last years and relative growth variables at this aim. If silver fir is maladapted to futures environmental conditions, its disappearance of the mountains in Provence is not likely.

Les sous-produits qui proviennent de l’industrie du bois, particulièrement les nœuds, contiennent différents types de molécules qui peuvent être valorisées comme source de composants bioactifs pouvant répondre à des besoins thérapeutiques. C’est sur cette idée que le projet "Le Bois Santé" a été conçu. Grâce à la collaboration de plusieurs partenaires, le présent travail vise dans un premier temps à développer des procédés d’extraction "verts" (solide-liquide et supercritique) pour obtenir un extrait riche en lignanes à partir d’un mélange de nœuds d’épicéa commun et de sapin pectiné. Les effets des conditions opératoires sur le rendement d’extraction de chaque composé cible et sur l’activité anti-oxydante des extraits ont été déterminés. Afin d’étudier le procédé complet, le projet vise à étudier l’impact des procédés de concentration et de séchage de l’extrait à partir de l’évaporation sous vide et de la lyophilisation. De plus, la séparation et la purification des composés ont été développées et optimisées par simulation grâce à la technique de chromatographie frontale / By-products from wood industry, particularly knots, contain different types of molecules that can be valued as a source of bioactive components meeting therapeutic needs. It is on this idea that the project "Le Bois Santé" was designed. Through the collaboration of several partnerships, the present work aims initially to develop a "green" extraction processes (solid-liquid and supercritical) to obtain an extract rich in lignans from a mixture of norway spruce and silver fir knots. The effects of operating conditions on the extraction yield of each target compound and the antioxidant activity of the extracts were determined. To understand the entire process, the project aims to investigate the impact of concentration and drying processes using vacuum evaporation and lyophilisation. Moreover, the separation and purification of the compounds have been developed and optimized using frontal chromatography technique