Les prairies semi-naturelles constituent des espaces multifonctionnels susceptibles de rendre de nombreux services à la société. Ce sont en particulier des agro-écosystèmes favorables à l’expression d’une grande diversité floristique et faunistique permettant de concilier enjeux écologiques et agronomiques. Ce travail de thèse vise à analyser (i) l'influence des facteurs environnementaux sur l'assemblage des communautés in situ et (ii) les relations entre la structure fonctionnelle des assemblages (i.e. valeurs de traits agrégées et diversité fonctionnelle) et leurs performances (i.e. production de biomasse et digestibilité de cette biomasse). Cette étude s'appuie sur des approches expérimentales et de terrain dans les prairies humides pâturées du Marais Poitevin. Nos résultats montrent des réponses très différentes des traits aériens et racinaires étudiés aux gradients de stress et de perturbation rencontrés dans ces prairies. Ils ont également permis de mettre en évidence l'influence prépondérante des valeurs de traits agrégées sur la fourniture de services écosystémiques (i.e. productivité et digestibilité du fourrage), en accord avec la "Biomass ratio hypothesis" énoncée par Grime. L'influence du niveau de diversité fonctionnelle sur les services rendus par les assemblages varie selon le service considéré. Contrairement aux résultats attendus selon la "Diversity hypothesis" énoncée par Tilman, le niveau de diversité fonctionnelle est lié négativement à la productivité des assemblages. En revanche, un effet positif de la diversité fonctionnelle sur la digestibilité a été mis en évidence. Cette étude a par ailleurs permis de montrer un compromis entre la productivité des assemblages et la digestibilité de la biomasse produite dans ces prairies humides. Ce travail suggère que des outils de diagnostics de la valeur fourragère du couvert peuvent être construits sur la base de la structure fonctionnelle des assemblages, et ce avec un haut niveau de fiabilité. Il met également en avant les bénéfices agronomiques associés à l'hétérogénéité des couverts végétaux rencontrés dans ces prairies. / Semi-natural grasslands form multifunctional areas susceptible to serve the society from many aspects. Indeed, they are agro-ecosystems that promote expression of a large floristic and faunistic diversity, which allows conciliating ecologic and agronomic issues. This PhD work aims at analysing (i) influence of environmental factors on natural communities' assembly rules and (ii) the relationships between the functional structure of assemblages (i.e. community weighted mean trait values and functional diversity) and their performances (i.e. biomass production and its digestibility). This study is based on both experimental and field approaches in the Marais Poitevin wet grasslands. Our results show that the studied aerial and root traits display a wide diversity of answers to stress gradients and disturbances encountered in these grasslands. Our results also highlighted the crucial influence of community weighted mean trait values on provision of ecosystem services (i.e. forage productivity and digestibility), in agreement with the Biomass ratio hypothesis set out by Grime. The influence of the functional diversity level on services provided by the assemblages differs depending on the service considered. Contrary to the results expected according to the Diversity hypothesis of Tilman, the functional diversity level is negatively correlated with the productivity of the assemblages. However, our study points to a positive feedback between functional diversity and digestibility. Furthermore, this study demonstrated the existence of trade-off between the productivity of assemblages and the digestibility of biomass produced in these wet grasslands. This work suggests that highly reliable tools can be established, based on the functional structure of assemblages, to evaluate the feeding value of a vegetal cover. This work finally illustrates the agronomic benefits associated with heterogeneous vegetal covers encountered in these grasslands.

Les prairies semi-naturelles constituent des espaces multifonctionnels susceptibles de rendre de nombreux services à la société. Ce sont en particulier des agro-écosystèmes favorables à l'expression d'une grande diversité floristique et faunistique permettant de concilier enjeux écologiques et agronomiques. Ce travail de thèse vise à analyser (i) l'influence des facteurs environnementaux sur l'assemblage des communautés in situ et (ii) les relations entre la structure fonctionnelle des assemblages (i.e. valeurs de traits agrégées et diversité fonctionnelle) et leurs performances (i.e. production de biomasse et digestibilité de cette biomasse). Cette étude s'appuie sur des approches expérimentales et de terrain dans les prairies humides pâturées du Marais Poitevin. Nos résultats montrent des réponses très différentes des traits aériens et racinaires étudiés aux gradients de stress et de perturbation rencontrés dans ces prairies. Ils ont également permis de mettre en évidence l'influence prépondérante des valeurs de traits agrégées sur la fourniture de services écosystémiques (i.e. productivité et digestibilité du fourrage), en accord avec la "Biomass ratio hypothesis" énoncée par Grime. L'influence du niveau de diversité fonctionnelle sur les services rendus par les assemblages varie selon le service considéré. Contrairement aux résultats attendus selon la "Diversity hypothesis" énoncée par Tilman, le niveau de diversité fonctionnelle est lié négativement à la productivité des assemblages. En revanche, un effet positif de la diversité fonctionnelle sur la digestibilité a été mis en évidence. Cette étude a par ailleurs permis de montrer un compromis entre la productivité des assemblages et la digestibilité de la biomasse produite dans ces prairies humides. Ce travail suggère que des outils de diagnostics de la valeur fourragère du couvert peuvent être construits sur la base de la structure fonctionnelle des assemblages, et ce avec un haut niveau de fiabilité. Il met également en avant les bénéfices agronomiques associés à l'hétérogénéité des couverts végétaux rencontrés dans ces prairies.

La Chine est actuellement confrontée à de sérieux problèmes environnementaux et est listée parmi les pays qui contribuent le plus à la pollution et à la destruction de l'environnement mondial. En particulier, la Chine du Sud est une zone naturellement sujette aux glissements de terrain à cause de conditions tectoniques, climatiques et anthropiques particulièrement défavorables. Depuis la fin des années 1990, l'Etat chinois a mis en place des politiques de reforestation de grande envergure. mais il existe des lacunes de connaissances qu'il convient de combler. En particulier, le choix des espèces les plus adaptées n'est pas aisé parce que les processus par lesquels les plantes stabilisent les pentes ont besoin d'être mieux compris.En introduction, afin de mieux préciser les périmètres qui cadrent cette thèse, sont présentées la situation de la Chine du Sud au regard des glissements de terrain, la discipline d'éco-ingénierie et les solutions qu'elle peut apporter. Ainsi, ce travail (i) se concentre sur des espèces végétales locales, (ii) se limite aux glissements de terrain superficiels, et (iii) concerne à la fois les processus mécaniques et hydriques entre le sol et les racines. A l'intérieur de ces cadres, la thèse a pour objectif de répondre à la question scientifique : quels sont les propriétés racinaires qui influencent la stabilisation des pentes ? La réflexion est ensuite appliquée aux plantes de Chine du Sud afin d'identifier les meilleures espèces-outils. Pour répondre à cette question, à la fois les données de terrain (en Chine du Sud), les expériences de laboratoire (en France) et la formulation de concepts sont mobilisées. Les résultats sont organisés en deux chapitres. Le premier pose la question de l'efficacité de la présence de racines pour stabiliser les pentes, tous d'abord sous l'angle des processus mécaniques, puis sous l'angle des processus hydriques. Le deuxième chapitre permet d'identifier un panel de traits pertinents et non redondants évaluant l'efficacité d'une espèce pour la stabilisation des pentes puis s'appuie sur ce panel afin de sélectionner les espèces chinoises les plus efficaces. Enfin, la discussion aborde les limites de ce travail et propose de nouvelles pistes de recherche.Du point de vue mécanique comme du point de vue hydrique, c'est la conjonction des effets des racines de structure et des racines fines qui importe. Les racines de structure sanas racines fines ne sont pas optimales et peuvent même faire apparaître des lignes de fragilité. Plus précisément, les racines de structure sont particulièrement bienvenues vers l'aval de la pente pour des raisons à la fois mécaniques et hydriques. Les racines fines seules ne sont pas optimales non plus, elles peuvent faire apparaître localement des zones de faiblesse qui, si elles sont proches, participeront au déclenchement d'un glissement de terrain. Des ramifications racinaires denses améliorent la stabilité mécanique. Orientées vers l'aval de la pente, elles améliorent la stabilité hydrique. Les autres traits racinaires pertinents pour évaluer l'efficacité des racines à stabiliser le sol sont la contrainte et la déformation maximale en tension, la concentration en azote et la concentration en sucres solubles.

Pour beaucoup de cultures, un sol non travaillé est une alternative de plus en plus crédible au travail intensif du sol, en particulier pour des raisons environnementales. Mais l’ananas (ananas comosus) présente un enracinement fragile très sensible à la structure, ce qui motive souvent un travail important du sol avant plantation. L’alternative d’une plantation sans travail du sol ne va donc pas de soi. L’objet de cette thèse est de répondre à la question de la faisabilité d’une culture d’ananas sans travail du sol, en remplaçant ce dernier par une plante de service « décompactante » dont les traits racinaires seraient favorables à la (re)structuration d’un sol compact. Le travail de cette thèse a donc porté sur l’évaluation de plusieurs espèces candidates, puis sur l’étude, au champ, des effets sur le sol de la plus prometteuse (Stylosanthes guianensis ). Enfin, dans le cadre d’un essai au champ comparant un système de culture innovant ananas sans travail du sol, on a étudié l’effet de la plante de service sur le fonctionnement de la culture de l’ananas. Dans un premier essai, c’est le Stylosanthes guianensis qui, comparé à huit autres espèces (Arachis pintoï, Brachiaria decumbens, Cajanus cajan, Crotalaria juncea, Cynodon dactylon, Eleusine coracana, Pueraria phaseoloides, et le maïs), a montré les traits racinaires les plus favorables à la structuration d’un sol compact. Les valeurs supérieures du diamètre racinaire moyen et de la densité de longueur racinaire (DRL) caractérisent les principaux traits impliqués. Dans un deuxième essai, les mesures de conductivité hydraulique, d’indice des vides du sol et d’analyse d’images de blocs de sol imprégné sur la répartition surfacique des différents types de porosité ont montré que la culture du Stylosanthes guianensis avait augmenté l’indice des vides du sol et provoqué l’apparition d’une porosité fissurale de grande taille, contribuant ainsi à l’amélioration de la structure du sol. Enfin, un troisième essai mettant en comparaison (i) un système de culture innovant où la culture d’ananas est implantée sans travail du sol après une culture de S. guianensis restructurante et (ii) un système conventionnel comportant un travail profond du sol (et pas de plante de service) a montré que le rendement en fruit est similaire dans les deux systèmes. Cet essai a permis de vérifier que l’enracinement de l’ananas en condition de sol non travaillé bénéficiait du précédent S. guianensis. / For many crops, direct drilling is a well-tried alternative facing the damaging effects of intensive tillage, mainly for environmental causes. But, pineapple (ananas comosus), presents a fragile rooting system which is very sensitive to soil structure. This leads frequently to intensive soil tillage before planting. Direct drilling is not so evident. The aim of this thesis is to give an answer to the feasibility of a no till system for pineapple cultivation, by using a plant with favorable roots traits for compacted soil (re)structuration. This work consisted in evaluating several candidate species, followed by the study, on the field, of the effects the most promising on soil (Stylosanthes guianensis). Finally, through a field experiment, comparing an innovating no till pineapple cultivation system we studied the use effects of Stylosanthes guianensis on the pineapple crop functioning. In a first experiment, Stylosanthes guianensis compared with eight other species (Arachis pintoï, Brachiaria decumbens, Cajanus cajan, Crotalaria juncea, Cynodon dactylon, Eleusine coracana, Pueraria phaseoloides and corn) showed better roots traits for structuring a compacted soil. Measures of average root diameter and root length density are the main implicated roots traits. In a second experiment, the measures of hydraulic conductivity, of the soil void ratio and the analysis of blocks of resin-impregnated soil on the surface distribution of the different type of porosity, all of this showed that Stylosanthes guianensis had increased the soil void ratio and had caused the creation of large-sized cracked porosity, thus contributing to the improvement of the soil structure. Finally, a third experiment involving a comparison between (i) an innovating cultivation system where pineapple is growing in a no till soil after a structuring crop of S. guianensis and (ii) a conventional system with deep tillage (without structuring crop), showed similar fruit yield. This experiment showed evidence that the rooting of pineapple in no till soil benefited from the previous Stylosanthes.

La Chine est actuellement confrontée à de sérieux problèmes environnementaux et est listée parmi les pays qui contribuent le plus à la pollution et à la destruction de l'environnement mondial. En particulier, la Chine du Sud est une zone naturellement sujette aux glissements de terrain à cause de conditions tectoniques, climatiques et anthropiques particulièrement défavorables. Depuis la fin des années 1990, l'Etat chinois a mis en place des politiques de reforestation de grande envergure. mais il existe des lacunes de connaissances qu'il convient de combler. En particulier, le choix des espèces les plus adaptées n'est pas aisé parce que les processus par lesquels les plantes stabilisent les pentes ont besoin d'être mieux compris.En introduction, afin de mieux préciser les périmètres qui cadrent cette thèse, sont présentées la situation de la Chine du Sud au regard des glissements de terrain, la discipline d'éco-ingénierie et les solutions qu'elle peut apporter. Ainsi, ce travail (i) se concentre sur des espèces végétales locales, (ii) se limite aux glissements de terrain superficiels, et (iii) concerne à la fois les processus mécaniques et hydriques entre le sol et les racines. A l’intérieur de ces cadres, la thèse a pour objectif de répondre à la question scientifique : quels sont les propriétés racinaires qui influencent la stabilisation des pentes ? La réflexion est ensuite appliquée aux plantes de Chine du Sud afin d’identifier les meilleures espèces-outils. Pour répondre à cette question, à la fois les données de terrain (en Chine du Sud), les expériences de laboratoire (en France) et la formulation de concepts sont mobilisées. Les résultats sont organisés en deux chapitres. Le premier pose la question de l’efficacité de la présence de racines pour stabiliser les pentes, tous d’abord sous l’angle des processus mécaniques, puis sous l’angle des processus hydriques. Le deuxième chapitre permet d’identifier un panel de traits pertinents et non redondants évaluant l’efficacité d’une espèce pour la stabilisation des pentes puis s’appuie sur ce panel afin de sélectionner les espèces chinoises les plus efficaces. Enfin, la discussion aborde les limites de ce travail et propose de nouvelles pistes de recherche.Du point de vue mécanique comme du point de vue hydrique, c’est la conjonction des effets des racines de structure et des racines fines qui importe. Les racines de structure sanas racines fines ne sont pas optimales et peuvent même faire apparaître des lignes de fragilité. Plus précisément, les racines de structure sont particulièrement bienvenues vers l’aval de la pente pour des raisons à la fois mécaniques et hydriques. Les racines fines seules ne sont pas optimales non plus, elles peuvent faire apparaître localement des zones de faiblesse qui, si elles sont proches, participeront au déclenchement d’un glissement de terrain. Des ramifications racinaires denses améliorent la stabilité mécanique. Orientées vers l’aval de la pente, elles améliorent la stabilité hydrique. Les autres traits racinaires pertinents pour évaluer l’efficacité des racines à stabiliser le sol sont la contrainte et la déformation maximale en tension, la concentration en azote et la concentration en sucres solubles. / China is currently facing serious environmental issues and is listed among the countries that contribute most to pollution and destruction of the global environment. Particularly, Southern China is naturally prone to landslides because of unfavourable tectonic, climatic and anthropogenic conditions. Since the late 1990s, the Chinese government has implemented policies of large-scale reforestation, but the question of the most suitable species is still pending. The introduction of this thesis presents the different types of landslides, the context in Southern China and what eco-engineering means, in order to clarify the boundaries within which this work is situated. Thus, this study (i) limits itself to the study of superficial landslides, (ii) fits into the requirement scheme of low-cost solutions using local plant species, and (iii) focuses on the root, plant and hotspot degradation scales. Within those geographical, sociological, political and scientific frameworks, this thesis aims to answer the following scientific question: which species and root architectures are the most efficient to stabilize the steep slopes in Southern China? To answer this question, field data (in Southern China), laboratory experiments (in France) and the formulation of concepts are mobilized. The results are organized into two chapters. The first chapter identifies a panel of relevant and nonredundant traits assessing a given species effectiveness in slope stabilization, and then draws on that panel to select the most efficient Chinese species. The second chapter raises the question of the effectiveness of the presence of roots to stabilize slopes, first in terms of mechanical processes, then in terms of hydraulic processes. Finally, the discussion addresses the limitations of that work and suggests new avenues of research. Root traits relevant to assessing the root effectiveness to soil stabilization are maximum tensile stress and strain, nitrogen concentration as well as concentration in water-soluble sugars. The most efficient species among nine pioneer species measured on the Chinese slopes are Pueraria stricta, a legume native from Southeast Asia which plantation happened from reforestation programs, and Artemisia codonocephala, a spontaneous Asteraceae native from Southern China. Recommendations regarding the nine species are presented for the use of their characteristics in eco-engineering. From the mechanical as well as the hydraulic viewpoint, the conjunction of structural roots and fine roots is determinant. Structural roots alone are not optimal and may even bring up lines of weakness. Specifically, for both mechanical and hydric reasons, structural roots are particularly efficient when they grow downslope. Fine roots alone are not optimal either, as they can produce local areas of weakness which, if they are close, can participate in the triggering of a landslide. The branching organization is also particularly important: dense throughout the root profile, branches improve the mechanical stability. Oriented downslope, branching forks improve underground water flow and thus hydraulic stability. The limits of this thesis point out the difficulty to choose indicators and to follow their evolution over time. Another limitation lies in the difficulty to assess the relationship between roots and soil, as the only root resistance is not sufficient to prevent soil from sliding. Finally, the spatial integration of root properties remains challenging. In conclusion, this thesis contributes to improve the knowledge of the plant material available in the mountains of Southern China. Its results will optimize eco-engineering actions related to slope stability. It also upgrades the knowledge about processes at stake between roots and their environment during a landslide