Ce travail avait pour objectif la caractérisation des galeries forestières d'une mosaïque forêt-savane en région guinéenne d'Afrique de l'Ouest. Il est fondé sur une description détaillée de la composition floristique et des structures verticales et horizontales de quelques stations implantées d'amont en aval d'une galerie forestière. Les méthodes développées ont permis de caractériser la variabilité architecturale des forêts, mais aussi la zonation de la végétation le long de transects établis depuis les lisières de la galerie avec la savane jusqu'au thalweg. Elles s'appuient sur des approches graphiques (profils architecturaux, cartographies et diagrammes de la distribution des individus), mais aussi sur des approches numériques (calcul des limites optimales fondé sur la théorie de l'information). <br />Cette étude a ainsi permis de définir des séries structurales en fonction de l'évolution de l'architecture forestière depuis les stades pionniers de conquête sur la savane jusqu'à la forêt mature. Les surfaces terrières, les densités en tiges et en jeunes individus, la nature de la régénération forestière de chacun de ces stades sont renseignées. L'importance des stratégies d'occupation de l'espace par les ligneux (port ripicole notamment) dans la dynamique des lisères est mis en évidence.

Thèse (D. en sciences de l'environnement)--Université du Québec à Montréal, 2005. / En tête du titre: Université du Québec à Montréal. Comprend des réf. bibliogr. Publié aussi en version électronique.

Une savane est définie par la coexistence entre des arbres et des Poacées. Dans la savane de Lamto en Côte d’Ivoire, l’espèce dominante de Poacée est connue pour inhiber la nitrification et avant mon étude, l’impact des arbres sur la nitrification était très mal connu. L’étape de la nitrification est conduite par deux différentes communautés, les archées et les bactéries nitrifiantes ayant le gène amoA. Le but de cette étude est de comprendre l’impact de ces deux types de végétaux sur le cycle de l’azote, notamment sur les communautés nitrifiantes et également de comprendre l’impact de la saisonnalité et du passage du feu sur ces processus. Des échantillonnages ont été réalisés sous les Poacées et les arbres à Lamto durant les saisons humides et sèche et également avant et après le passage du feu. Cela a mis en évidence plusieurs effets : (i) les Poacées dominantes de la savane inhibent la nitrification, (ii) les arbres dominants stimulent la nitrification, (iii) les archées nitrifiantes son prédominantes dans cette savane et elles contribueraient majoritairement à la nitrification, (iv) la saisonnalité à un impact direct sur les abondances et l’activité des micro-organismes du sol (l’activité transcriptionelle des archées nitrifiantes diminuent en saison humide), (v) le feu a un effet indirect sur les communautés microbiennes du sol par son impact sur les caractéristiques physico-chimiques des sols, notamment il diminue l’activité des archées nitrifiantes. Enfin, la dénitrification est supérieure sous les arbres que sous les Poacées. Cette étude a permis de mieux comprendre les interactions entres les bactéries et archées nitrifiantes, la végétation et la saisonnalité. / A savanna is defined by the coexistence between trees and grasses. Savannas represent 12-13% of continental surfaces. In the Lamto savanna in Ivory Coast, the dominant grass species inhibits nitrification (the transformation of ammonium into nitrate) and the impact of trees on nitrification before this study was not known. Nitrification is conducted by two different communities. The archaea nitrifiers that have the amoA-AOA gene and bacteria nitrifiers that have the amoA-AOB gene. The aim of this study is to analyse the impacts of both plant types on nitrogen cycling, particularly on the nitrifier communities, and understand the impact of seasonality and fire on these processes. Sampling was conducted under grasses and trees in the Lamto savanna during the wet and dry seasons and also before and after the fire. This study has highlighted for the first time different effects including: (i) the dominant savanna grasses inhibit nitrification, (ii) dominant trees stimulate nitrification, (iii) the archaea nitrifiers are predominant in this savanna and they are mainly responsible for nitrification in this ecosystem, (iv) seasonality has a direct impact on the abundances and activities of soil microorganisms and the wet season reduced archaea nitrifier transcriptional activities, (v) fire has an indirect impact on soil microbial communities due to its impacts on soil physico-chemical characteristics: it decrees the abundance of archaea nitrifiers. In addition, denitrification is higher under trees than grasses. This study permitted to better understand the interactions between nitrifiers, vegetation and seasons.

La compréhension des facteurs qui déterminent la nature et la dynamique du couvert végétal en Afrique centrale représente un enjeu important face aux changements climatiques et à la pression sociale en cours. Forêt et savane sont souvent considérées comme deux états alternatifs stables et très contrastés, déterminés par de complexes interactions entre le couple sol-climat et les perturbations. Les liens actuels entre structure du couvert arboré et déterminants (déficit hydrique annuel, fréquence des feux, densité de population, intensité d'utilisation des terres et type de sol) ont été caractérisés à l'aide d'images satellites et d'un modèle statistique. Il a ainsi été montré qu'il non pas un mais existe plusieurs états stables de savane. Pour les états de faible couvert arboré (≤ 35%), ce sont principalement le type de sol et le climat qui déterminent leur présence et le passage de l'un à l'autre de ces états. Les savanes plus arborées (> 35%) ainsi que les forêts semblent être les états les plus sensibles aux perturbations anthropiques. Cependant, ce modèle statistique ne décrit que les liens contemporains entre structure de la végétation et déterminants. En revanche, l'étude des bio-indicateurs environnementaux conservés dans des archives naturelles, et qui représente l'approche paléo-écologique, permet de reconstruire sur le temps long la végétation, les perturbations et certaines données climatiques, et ainsi obtenir une vision dynamique de leurs relations. Trois lacs, situés actuellement en forêt, en mosaïque de forêt et de savane, et en savane ont été étudiés. En comparant sédiments récents et images satellites, ainsi qu'en calibrant un modèle entre bio-indicateurs dans les sols et relevés de végétation, il a été possible de mieux comprendre ce qu'enregistrent les bio-indicateurs disponibles pour notre étude (phytolithes et charbons principalement) et donc d'estimer la structure de la végétation et l'activité de feux. Les résultats de ces études soulignent l'importance de bien cerner les processus taphonomiques pour reconstruire précisément les paléo-environnements. Les résultats préliminaires d'une paléo-séquence lacustre couvrant les 3000 dernières années sont présentés en discussion. Bien que l'environnement autour du lac soit resté une savane, cette dernière a subi des changements de structure important dus à la fois aux changements climatiques et aux modifications des régimes de feu. De plus, ces changements de structure ne semblent pas graduels, mais s'effectuent de façon abrupte, comme ils le sont actuellement le long du gradient climatique. Ces travaux prédisent donc une réponse critique des biomes tropicaux aux changements globaux en cours. / Understanding the factors that determine vegetation nature and dynamics in Central Africa is an important issue given climatic changes and increasing human pressure. Forest and savanna are often considered as two alternative stable and highly contrasted states, driven by complex interactions between climate, soil and disturbances. The current relationships between tree cover and its determinants (annual water deficit, fire frequency, population density, intensity of land use and soil type) were characterized using remote sensing data and a statistical model. It has been shown that there is not one, but several savanna stable states. For savanna states of low tree cover (≤ 35%), it is mainly the soil type and the annual water deficit which determine their presence and the transition from one to another. The most wooded savannas (> 35%) and the forests seem to be the most sensitive to anthropogenic disturbances. However, this statistical model can only describe the contemporary relationships between vegetation structure and its determinants. Conversely, studying environmental bio-proxies preserved in natural archives, which constitutes the paleo-ecological approach, enables reconstructing long-term vegetation, disturbances and some climatic features, in order to obtain a dynamic view of their relationships. Paleo-sequences from three lakes, currently located in a forest, in a savanna-forest mosaic, and in a savanna, were investigated. On the one hand bio-proxies from recent lake sediments were compared to satellite images, and on the another hand a statistical model between bio-proxies from modern soils and vegetation surveys was calibrated. The results of these studies enabled to better understand the information carried by phytoliths and charcoals, and therefore to better estimate vegetation structure and fire history. Moreover, they emphasize the importance of precisely identifying taphonomic processes in order to accurately reconstruct paleo-environments. The preliminary results of a lacustrine paleo-sequence covering the last 3000 years are presented in discussion. Although the environment around the lake has remained a savanna, vegetation structure has undergone significant changes due to both climate change and modifications in fire regimes. Moreover, it seems that these structural changes were not gradual but happened abruptly, as it happens currently along the climatic gradient. This work therefore predicts a critical response of tropical biomes to global changes.

Macroinvertébrés benthiques et hyphomycètes aquatiques représentent une part importante de la biocénose des cours d'eau de tête de bassin. D'un point de vue écologique, ils participent au recyclage du carbone organique à travers leur implication dans certaines fonctions écosystémiques telles que la décomposition de la litière. Ce processus est vital pour les cours d'eau forestiers ou bordés de ripisylve. Si celui-ci est aujourd'hui bien étudié en milieu tempéré, la contribution des deux types de décomposeurs (champignons et invertébrés) reste mal comprise en milieu tropical du fait de la variabilité éco-géographique prononcée de ce biome. Cette thèse qui concernait deux régions de Guinée jusque-là inexplorées, la Guinée Forestière et la Haute-Guinée, avait un double objectif. D'une part, il s'agissait de documenter la diversité taxonomique et trophique des communautés de macroinvertébrés benthiques et la composition des assemblages d'hyphomycètes aquatiques. D'autre part, la thèse visait à caractériser le processus de décomposition de la litière et les communautés de décomposeurs associés, notamment dans une perspective de quantification de la contribution de chacun des deux groupes. Cette dernière étude répondait ainsi à l'hypothèse d'une plus grande importance des décomposeurs fongiques aux faibles latitudes en comparaison des latitudes élevées où l'activité des décomposeurs invertébrés est prépondérante. Une étude exploratoire menée sur 12 rivières a révélé une diversité de 45 taxons correspondant à la faune macrobenthique de l'Afrique de l'Ouest, et incluant un nouveau taxon de crustacé pour la Guinée. Les deux régions d'étude se différenciaient dans la composition des groupes trophiques : les déchiqueteurs, essentiellement représentés par les crevettes, étaient dominants dans les cours d'eau de Guinée Forestière, et les racleurs abondaient dans ceux de savane en Haute-Guinée, caractérisés par une faible densité de la végétation riveraine. Par ailleurs, les prélèvements d'eau et d'écume ont décelé la présence de 29 espèces d'hyphomycètes aquatiques. A ces espèces viennent s'ajouter 9 autres identifiées sur les litières lors des expériences de décomposition portant ainsi à 38 le nombre d'espèces identifiées pour la Guinée au cours de cette thèse, dont 12 sont nouvelles pour le continent africain. Les expériences menées dans les deux régions montrent une décomposition rapide, probablement en partie liée à la forte teneur en nutriments des litières, et une faible diversité des décomposeurs associés. Dans les deux cours d'eau temporaires de savane étudiés, les invertébrés associés aux litières étaient absents. Comme une compensation, l'activité des champignons était accrue, lesquels accumulaient une biomasse mycélienne très élevée. La présence de déchiqueteurs potentiels a été notée dans les deux cours d'eau étudiés de Guinée Forestière mais leurs densités étaient faibles. Dans les deux régions, la différence entre les taux de décomposition totale et microbienne était faible, soulignant une importance minime des invertébrés et un rôle majeur des champignons et confirmant notre hypothèse. Il a également été montré au cours de cette thèse que les asséchements des cours d'eau avaient peu d'influence sur le taux de décomposition de la litière. Par ailleurs, une faible diversité des organismes décomposeurs, invertébrés et hyphomycètes aquatiques, ne semble pas altérer le processus de décomposition. Ainsi les lois générales basées sur les facteurs déterminants de la décomposition des litières tels que la qualité du matériel végétal ou un rôle équilibré entre les deux types de décomposeur, ne sont pas nécessairement transposables aux milieux tropicaux. Enfin, les résultats de cette thèse suggèrent que les conséquences du changement climatique sur le recyclage du carbone organique dans les eaux d'Afrique de l'Ouest, région prédite comme très affectée, pourraient être tempérées par la prédominance d'organismes peu vulnérables. / Benthic macroinvertebrates and aquatic hyphomycetes are major components of the biocenosis of headwater ecosystems. Both of them contribute to essential ecosystem functions like leaf litter decomposition as part of the organic carbon cycling. Such a process is vital for woodland streams or riparian tree-lined rivers. While this process is very well documented for temperate regions, the contribution of both types of decomposers, i.e. fungi and invertebrates, remains poorly understood in the tropics partly due to the large ecogeographic variability prevailing in this biome. The present thesis dealt with two unexplored regions of Guinea (Forested Guinea and Upper Guinea) and was motivated by a double objective. First, it aimed at documenting the taxonomic and trophic diversity of benthic macroinvertebrate communities together with the composition of aquatic hyphomycete assemblages. The second objective was to characterize leaf litter decomposition and leaf-associated decomposers, particularly in the perspective of quantifying the relative contribution of both decomposer types. The latter study specifically addressed the hypothesis of a greater importance of fungal decomposers at low latitudes compared to higher latitudes where the activity of invertebrate decomposers prevails. An exploratory survey conducted in 12 streams revealed the occurrence of 45 taxa belonging to the macrobenthic fauna of West Africa and including a new genus, Asellus, which completes the list of known crustacean taxa of Guinea. Both regions differed in the importance of the Functional Feeding Groups: shredders, mainly consisting in shrimps, dominated in Forested Guinea whereas scrapers were abundant in the savannah streams of Upper Guinea, which were characterized by scarce riparian vegetation. In stream water and foam, a total of 29 species of aquatic hyphomycetes were identified. Moreover, 9 additional species were found as sporulating on leaves in litter decomposition experiments, which led to a total of 38 species for Guinea with 12 being new for Africa. This thesis thus substantially expanded the list of known species for Africa. The experiments carried out in both regions showed a fast leaf litter decomposition, likely partly due to the high nutrient contents in litter, and a low diversity of leaf-associated decomposers. In the two studied temporary savannah streams, no leaf-associated invertebrates occurred. The latter was apparently compensated by a strong fungal activity as illustrated by very high mycelial biomass accrual. In the two studied streams of Forested Guinea, the occurrence of Caridina africana (Atyidae crustacean) as potential shredder could explain the leaf mass loss due to invertebrates, even though their density remained low. In both regions, the discrepancies between total and microbial decomposition rates were weak, highlighting a minute contribution of invertebrates and a major role of fungi thus supporting our hypothesis. The present results suggest that droughts resulted in low effects on the rate of leaf decomposition. Furthermore, leaf decomposition did not seem to be affected by the poor diversity of decomposers, i.e. invertebrates and aquatic hyphomycetes. Overall, the principles of leaf decomposition control by factors like the quality of leaf litter and the balanced involvement of both decomposer types do not appear to be fully applicable to tropical environments. Finally, the findings of this thesis suggest that the consequences of climatic change on the cycling of organic carbon in the aquatic ecosystems of West Africa, i.e. a region predicted to be particularly affected, could be mitigated by the dominance of organisms exhibiting a low vulnerability.

Ce travail est une contribution à la connaissance des forêts sèches et semi-décidues de Côte d'Ivoire, mais s'intègre aussi dans la problématique plus générale du contact forêt-savane. Il est fondé sur l'étude de deux sites ; le plus septentrional, en savane soudanienne, est sous l'influence d'un climat tropical à deux saisons ; le plus méridional, en savane préforestière guinéenne, a un climat équatorial à quatre saisons. Les caractéristiques climatiques de ces stations et les régimes hydriques de leurs sols sont présentés.<br />La structure et la dynamique du contact forêt-savane est analysé en considérant tant la mosaïque forêt savane que les lisières. La transformation de la savane en formation forestière est l'évolution la plus généralement constatée dans le V-Baoulé. Les processus de la dynamique des lisières forestière sont analysés. <br />L'analyse des successions forestières est fondée sur l'ordination de groupements "floristico-structuraux". Les variations structurales des peuplements au cours des successions ont ainsi été déterminées tant dans la forêt semi-décidue que dans la forêt sèche. <br />Les structures spécifiques des peuplements des divers stades des successions ont par ailleurs été analysées. La richesse spécifique, l'indice de diversité de Shannon, l'équitabilité ont été calculés. Les distributions d'abondance des espèces ont été ajustées à quatre modèles : modèle 1 de Mac Arthur, modèle de Motomura, modèle log-normal de Preston et modèle de Pareto. <br />Des variations significatives des indices et des paramètres des modèles sont mis en évidence en fonction des types forestiers. Les successions ont été aussi caractérisées par la variation dans le temps de la pente des modèles ajustés. Certains mécanismes de la colonisation puis de la maturation des forêts semi-décidues de Lamto ont été ainsi décrits et comparés à ceux des forêts sempervirentes et des forêts sèches.<br />La croissance et la production des peuplements sont aussi étudiées. La croissance radiale des arbres est analysée ainsi que la variabilité des accroissements en surface terrière en fonction de l'état de maturité des peuplements et des conditions climatiques. La variabilité inter-individuelle des rythmes de croissance et de la vigueur en fonction de la structure horizontale (effets de voisinage) et verticale (architecture) des peuplements est aussi étudiée. L'analyse des chutes d'organes caducs (feuilles, fruits, bois, etc.) a en outre été réalisée. Les apports ont été évalués en termes de biomasse mais aussi d'azote, de phosphore et de potassium. La phénologie de la défeuillaison est analysée en relation avec les facteurs climatiques et l'humidité des sols. <br />En conclusion de ce travail les hypothèses posées portent sur la nature possible des facteurs intrinsèques des biocénoses susceptibles de rendre compte de l'écotone forêt-savane. Les phénomènes de dominance peu accusée observés dans les forêts semi-caducifoliées au contact de la savane -en comparaison des forêts plus humides et plus sèches- pourraient traduire une faiblesse des stratégies compétitives des ligneux forestiers. La conséquence, dans des biocénoses perpétuellement rajeunies par des perturbations, en serait d'assurer le succès de la stratégie des herbes pérennes et de favoriser ainsi l'apparition de seuils qui génèrent la discontinuité majeure entre forêt et savane qui, en Afrique de l'Ouest, caractérise l'évolution des paysages en fonction de l'aridité climatique.

La compréhension des facteurs qui déterminent la nature et la dynamique du couvert végétal en Afrique centrale représente un enjeu important face aux changements climatiques et à la pression sociale en cours. Forêt et savane sont souvent considérées comme deux états alternatifs stables et très contrastés, déterminés par de complexes interactions entre le couple sol-climat et les perturbations. Les liens actuels entre structure du couvert arboré et déterminants (déficit hydrique annuel, fréquence des feux, densité de population, intensité d'utilisation des terres et type de sol) ont été caractérisés à l'aide d'images satellites et d'un modèle statistique. Il a ainsi été montré qu'il non pas un mais existe plusieurs états stables de savane. Pour les états de faible couvert arboré (≤ 35%), ce sont principalement le type de sol et le climat qui déterminent leur présence et le passage de l'un à l'autre de ces états. Les savanes plus arborées (> 35%) ainsi que les forêts semblent être les états les plus sensibles aux perturbations anthropiques. Cependant, ce modèle statistique ne décrit que les liens contemporains entre structure de la végétation et déterminants. En revanche, l'étude des bio-indicateurs environnementaux conservés dans des archives naturelles, et qui représente l'approche paléo-écologique, permet de reconstruire sur le temps long la végétation, les perturbations et certaines données climatiques, et ainsi obtenir une vision dynamique de leurs relations. Trois lacs, situés actuellement en forêt, en mosaïque de forêt et de savane, et en savane ont été étudiés. En comparant sédiments récents et images satellites, ainsi qu'en calibrant un modèle entre bio-indicateurs dans les sols et relevés de végétation, il a été possible de mieux comprendre ce qu'enregistrent les bio-indicateurs disponibles pour notre étude (phytolithes et charbons principalement) et donc d'estimer la structure de la végétation et l'activité de feux. Les résultats de ces études soulignent l'importance de bien cerner les processus taphonomiques pour reconstruire précisément les paléo-environnements. Les résultats préliminaires d'une paléo-séquence lacustre couvrant les 3000 dernières années sont présentés en discussion. Bien que l'environnement autour du lac soit resté une savane, cette dernière a subi des changements de structure important dus à la fois aux changements climatiques et aux modifications des régimes de feu. De plus, ces changements de structure ne semblent pas graduels, mais s'effectuent de façon abrupte, comme ils le sont actuellement le long du gradient climatique. Ces travaux prédisent donc une réponse critique des biomes tropicaux aux changements globaux en cours.

Bien que le feu soit reconnu comme un facteur d’influence dans la dynamique de végétation des savanes, son rôle n’est pas clairement défini. Cette thèse aborde le problème de l’étude de la relation entre l’usage des feux et la dynamique de végétation. L’approche choisie repose sur l’analyse de séries temporelles d’images de télédétection à moyenne résolution spatiale. Les savanes étudiées sont situées sur le bassin versant de Marovoay au nord-ouest de Madagascar. Dans la mesure où il n’existe pas de consensus quant aux méthodes à utiliser, les savanes de Madagascar offrent un contexte particulier, en raison de la dégradation très prononcée du couvert végétal et des changements recherchés, pour tester les méthodes existantes et en proposer des nouvelles. Le premier objectif de ce travail est d’identifier le régime des feux à travers le suivi des variations spatio-temporelles des surfaces brûlées en milieu de savane. Pour cela, une méthode de cartographie des surfaces brûlées a été développée : elle est basée sur le calcul d’un indicateur annuel indiquant le passage d’un feu pendant la saison sèche et d’un indicateur saisonnier traduisant la période de passage du feu. Cette méthode, appliquée au site d’étude, a permis de produire une série temporelle de données utilisées pour caractériser le régime des feux à partir de deux paramètres, la période d’occurrence et la fréquence de passage du feu. En parallèle, le deuxième objectif consiste à caractériser la dynamique de végétation par l’analyse des variations spatio-temporelles de l’activité végétale. Deux approches de détection des changements, basées sur le traitement de série temporelle de NDVI, ont été testées. La première repose sur l’analyse des variations inter annuelles d’un indicateur phénologique traduisant l’activité végétale pendant la phase de croissance des savanes. La deuxième utilise une technique de décomposition temporelle pour extraire la tendance d’une série de NDVI. Dans les deux cas, les résultats ont permis de caractériser la dynamique de végétation à travers trois classes d’évolution de l’activité végétale (séries progressive, régressive ou stable). Ces résultats ont été évalués par comparaison avec ceux issus de techniques de détection des changements basées sur l’analyse diachronique d’images à haute résolution spatiale. Enfin, dans la dernière étape du travail, nous avons étudié les relations entre les informations relatives aux régimes des feux et à la dynamique de végétation en utilisant des modèles de régression multivariée. L’objectif est d’estimer l’importance et le rôle du feu dans la dynamique de végétation. Les résultats ont amené à trois conclusions : a) Le feu est un facteur de maintien des savanes ; b) Dans les situations où la pression liée aux activités anthropiques est faible, le feu, en particulier par la fréquence de son usage, est un facteur déterminant de la dynamique de végétation ; c) Dans les autres situations, l’interprétation des résultats est complexe et difficile, très certainement en raison de l’interaction de multiples facteurs anthropiques. / Fire is recognized to be an essential factor that explains savanna vegetation dynamics. But its role is not clearly defined. This work investigates the problem of studying the relation between fire usage and vegetation dynamic. This is addressed through the analysis of time series of medium spatial resolution remotely sensed images. We studied the savanna localized on the Marovoay watershed, on the northwest part of Madagascar. As no consensus exists on the adapted methods, the savanna of Madagascar offers a particular context to test existing methods or develop new ones, because of the advanced vegetation cover degradation and the nature of change to be detected. The first objective of this work is to identify fire regime by analyzing the spatio-temporal variations of burned areas in savanna areas. To this end, a burned area mapping method was developed. It is based on the definition of an annual indicator, which indicates the occurrence of a fire during the dry season, and a seasonal indicator, which gives the information on the date of the fire event. Applied to the study site, this method has lead to the production of a time series of data used for the characterization of the fire regime through two parameters, the period of occurrence and the frequency of fire. In parallel, the second objective consists on characterizing vegetation dynamic by monitoring spatiotemporal variations of vegetation activity. Two change detection approaches based on NDVI time series, were tested. The first consists on analyzing the inter annual variations of a phenological indicator related to vegetation activity during the active growth season. The second uses a temporal decomposition technique to extract the trend from an NDVI time series. In both cases, the vegetation dynamic is characterized through three classes linked to the evolution of the vegetation activity (progressive, regressive or stable series). Results were evaluated by a comparison with the results obtained from a diachronic change detection technique based of high spatial resolution images. Finally, in the last part of this work, we investigated the relation between fire regimes and vegetation activity change classes using multivariate regression models. The objective is to analyze to determine the importance and the role of fire into the vegetation dynamic. Results leaded to three conclusions: a) Fire is a factor that maintains savanna; b) In areas where pressure due to anthropogenic activities is low, fire frequency represents a determinant factor to explain vegetation dynamic; c) In others areas, the interpretation of results appears to be complex and difficult, probably because of the high level of interactions between multiple environmental factors.

Cette étude avait pour objectifs principaux d'étudier le fonctionnement minéral d'une plantation d'eucalyptus et d'évaluer les effets du reboisement sur un sol de savane du littoral congolais. Une amélioration des systèmes de culture était également recherchée, afin d'assurer une production soutenue et durable de bois d'eucalyptus dans ces sols. <br />Les cycles biogéochimiques ont été étudiés dans une plantation clonale d'eucalyptus âgée de 6 à 9 ans (fin de la rotation) et dans une savane représentative de l'écosystème originel. Les stocks d'éléments biodisponibles dans les sols des 2 écosystèmes ont été quantifiés et les principaux flux d'éléments minéraux sous forme dissoute ont été mesurés pendant 3 années : apports atmosphériques, pluviolessivats, écoulements de troncs, ruissellements superficiels, transferts sous la litière et à la base des différents horizons pédologiques (jusqu'à 6 m de profondeur). Lors du brûlis de la savane, les restitutions au sol sous forme de cendres ainsi que les transferts dans l'atmosphère ont été quantifiés. La localisation spatiale des racines a également été étudiée dans la plantation ainsi que la dynamique d'incorporation des éléments dans la savane entre 2 brûlis annuels. L'étude de chronoséquences de peuplements couvrant l'ensemble de la rotation de futaie a permis d'aborder les dynamiques (i) d'incorporation d'éléments minéraux dans la biomasse, (ii) de retours au sol avec les litières, ainsi que (iii) de transferts internes dans les arbres. <br />Les résultats montrent que les cycles biogéochimiques dans l'écosystème de savane ont été profondément modifiés par la plantation d'eucalyptus. Le cycle de l'azote a été le plus affecté en raison de l'arrêt des brûlis et de la fixation symbiotique, qui représentent des flux importants en savane. Ce clone d'eucalyptus s'est révélé très bien adapté malgré la pauvreté des sols, en raison en particulier d'un recyclage intense d'éléments nutritifs. Les transferts internes de N, P, K dans la biomasse et les restitutions importantes de N, Ca et Mg avec les litières permettent de limiter la dépendance des arbres vis à vis des réserves du sol en fin de rotation. Les bilans entrées-sorties indiquent néanmoins que les fortes productions de biomasse des eucalyptus ont lieu aux dépens du capital d'azote hérité de la savane et qu'une augmentation importante des apports par fertilisation sera indispensable pour maintenir la production. Des recommandations sylvicoles ont été proposées afin de limiter au maximum les exportations minérales et orienter les futures expérimentations.

Cette thèse montre sur deux exemples l'intérêt des outils et des méthodes de la physique pour comprendre les systèmes écologiques. Le premier exemple concerne l'évolution des lisières entre les forêts tropicales humides et les savanes périforestières. Le modèle FORSAT est un automate cellulaire stochastique qui intègre les deux processus principaux qui déterminent la dynamique de la végétation : le cycle de succession (installation d'espèces pionnières de la forêt en savane) et les feux courants de savanes, d'origine principalement anthropique. L'étude du comportement émergent du modèle met en évidence une transition entre une phase savane et une phase forêt, sous l'influence de deux types de paramètres de contrôle : un facteur environnemental, qui représente la facilité d'installation des espèces forestières en savane sous l'effet combiné du climat et de la fertilité du sol, et un facteur anthropique : la fréquence des feux. L'augmentation de la fréquence de feux a deux effets : elle déplace la valeur critique du facteur environnemental vers des conditions plus favorables et provoque un changement de l'ordre de la transition qui de continue devient discontinue. Le modèle FORSAT et son analyse fournissent un cadre simple pour interpréter les répartitions actuelles des forêts tropicales humides et leur dynamique passée ainsi que les résultats d'une étude de terrain menée dans la mosaïque forêt--savane du littoral Congolais (région du Kouilou). Le deuxième exemple concerne la dynamique d'une épidémie urbaine de dengue, une maladie tropicale transmise par des moustiques omestiques. La modélisation fait intervenir trois points la gravité de la maladie (il existe quatre formes de dengue, dont les facteurs sont encore discutés), la dynamique d'une épidémie dans une population homogène puis hétérogène.