Par le passé la Bretagne a connu des épisodes de sécheresses très intenses. Peu communs pour des régions caractérisées par un climat océanique, ils ont eu des conséquences notables à l'échelle du territoire. De nombreuses activités socio-économiques sont ainsi apparues vulnérables face à ces évènements. Durant la sécheresse de 1976, l'agriculture fut particulièrement touchée, avec des pertes de récoltes importantes. La sécheresse est donc un risque important à l'échelle du territoire breton. Or, le changement du climat observé depuis plusieurs décennies amène des doutes quant à l'évolution des sécheresses en termes de fréquence et d'intensité. Cette thèse propose ainsi une analyse des caractéristiques des épisodes secs en Bretagne selon trois scénarios SRES du GIEC : B1, A1B et A2. Les sorties climatiques désagrégées utilisées ont été comparées, dans un premier temps, aux observations, afin de s'assurer de l'adaptabilité des jeux de données pour une analyse de ce type. Pour chacun des scénarios deux types de bilans hydriques ont été calculés. Ils permettent d'obtenir des valeurs de déficit d'évaporation, paramètre illustrant l'intensité des sécheresses, ainsi que des valeurs de réserve hydrique qui mettent en évidence les périodes d'assèchement et de recharge des sols. Les premiers bilans hydriques, de résolution de 8 km et au pas de temps mensuel, proposent une vision générale sur le comportement hydrique des sols bretons. Les seconds, de résolution kilométrique et au pas de temps journalier, apportent plus de précision quant aux secteurs vulnérables et à l'intensité probable des épisodes secs. On peut ainsi voir que des sécheresses exceptionnelles, similaires à celle de 1976, seraient régulièrement observées à la fin du 21ème siècle d'après le scénario A2. La comparaison avec un indice de sécheresse utilisé par Météo-France confirme les tendances régionales attendues au 21ème siècle d'après les trois scénarios SRES. Une approche agronomique est également proposée dans cette thèse afin d'apprécier les impacts de différentes types de culture sur la réserve hydrique des sols / Several extreme droughts occurred in Brittany during the past. Although they are rare in this oceanic region, their impacts are noticeable on the territory. Several socio-economical activities thus appeared to be vulnerable to dryness. In 1976, agriculture has been highly impacted during the drought, with important harvest loss. Droughts are therefore a significant hazard in Brittany. However, the changing climate observed for several decades raises issues on the way drought events might evolve in terms of frequency and intensity. This thesis offers an analysis of drought's characteristics in Brittany according to three IPCC's SRES scenarios : B1, A1B and A2. At first, disaggregated climate outputs have been compared to observed data to make sure of their suitability for this kind of study. For each scenario, two soil water balances have been calculated in order to get values of evaporation deficit, quantifying drought intensity, and of water storage, illustrating periods of emptying and filling of soils. Soil water balances calculated at a 8-km spatial resolution and monthly timescale displayed a general view of water content in Britannic's soils. Soil water balances calculated at a higher spatial resolution (1 km) and daily timescale brought more details than previous results in terms of intensity and localization of droughts. They revealed that droughts of similar intensity than that of 1976 might occur regularly at the end of the 21st century according to the A2 scenario. These results are confirmed by another drought index used by Météo-France. An agronomic approach is also developed in this thesis in order to reveal impacts of farming on soil water content

La plaine semi-aride du Tensift au centre du Maroc est une région confrontée à des difficultés croissantes en terme de gestion de l'eau (pluviométrie faible et irrégulière, croissance des besoins sous l'effet de la démographie galopante et l'extension des zones irriguées). Dans ce contexte et dans le cadre du projet SudMed, l'objectif de la thèse est de décrire, dans l'espace (à la résolution kilométrique) et sur de longues périodes temporelles (la décennie), le fonctionnement hydrique des agro-systèmes irrigués de la plaine du Tensift (~3000 km²). La méthodologie développée repose sur le contrôle de modèles agro-météorologiques par des données satellites issues de capteurs optique à large champ (données MODIS de 2000 à 2006). Dans un premier temps, nous nous sommes intéressés à l'occupation du sol, connaissance préalable à la quantification des besoins en eau des cultures. Etant donné la résolution spatiale de MODIS (250 m), nous avons eu recours à des méthodes de désagrégation, qui ont permis d'identifier et de cartographier les trois principales classes d'occupation du sol: zones non irriguées, cultures annuelles, plantations arborées. Dans une deuxième partie, nous avons utilisé cette information pour spatialiser un modèle de bilan hydrique, en étudiant tout particulièrement les termes d'évapotranspiration et d'irrigation. L'évaluation du modèle est effectuée par comparaison: (1) aux données collectées sur les parcelles d'expérimentation du projet SudMed; (2) à des cartes établies à l'aide d'images à haute résolution spatiale et temporelleFORMOSAT-2 et (3) aux volumes d'eau des barrages distribués par l'office agricole régional. Cette étude ouvre des perspectives pour l'estimation des volumes d'eau d'irrigation transitant par les différents réseaux d'irrigation, et en particulier ceux prélevés dans la nappe phréatique du Tensift.

Par le passé la Bretagne a connu des épisodes de sécheresses très intenses. Peu communs pour des régions caractérisées par un climat océanique, ils ont eu des conséquences notables à l'échelle du territoire. De nombreuses activités socio-économiques sont ainsi apparues vulnérables face à ces évènements. Durant la sécheresse de 1976, l'agriculture fut particulièrement touchée, avec des pertes de récoltes importantes. La sécheresse est donc un risque important à l'échelle du territoire breton. Or, le changement du climat observé depuis plusieurs décennies amène des doutes quant à l'évolution des sécheresses en termes de fréquence et d'intensité. Cette thèse propose ainsi une analyse des caractéristiques des épisodes secs en Bretagne selon trois scénarios SRES du GIEC : B1, A1B et A2. Les sorties climatiques désagrégées utilisées ont été comparées, dans un premier temps, aux observations, afin de s'assurer de l'adaptabilité des jeux de données pour une analyse de ce type. Pour chacun des scénarios deux types de bilans hydriques ont été calculés. Ils permettent d'obtenir des valeurs de déficit d'évaporation, paramètre illustrant l'intensité des sécheresses, ainsi que des valeurs de réserve hydrique qui mettent en évidence les périodes d'assèchement et de recharge des sols. Les premiers bilans hydriques, de résolution de 8 km et au pas de temps mensuel, proposent une vision générale sur le comportement hydrique des sols bretons. Les seconds, de résolution kilométrique et au pas de temps journalier, apportent plus de précision quant aux secteurs vulnérables et à l'intensité probable des épisodes secs. On peut ainsi voir que des sécheresses exceptionnelles, similaires à celle de 1976, seraient régulièrement observées à la fin du 21ème siècle d'après le scénario A2. La comparaison avec un indice de sécheresse utilisé par Météo-France confirme les tendances régionales attendues au 21ème siècle d'après les trois scénarios SRES. Une approche agronomique est également proposée dans cette thèse afin d'apprécier les impacts de différentes types de culture sur la réserve hydrique des sols

La compréhension du cycle de l'eau d'une région où les ressources en eau sont limitées est fondamentale pour assurer une gestion durable de celles-ci, c'est le cas de Galápagos. Cette thèse présente la première étude intégrée du fonctionnement hydrogéologique des aquifères perché de l'île San Cristóbal. Pour ce faire, une approche pluridisciplinaire, fondée sur la mise en place d'un site expérimental sur le bassin versant de Cerro Gato (CG), a été conduite. Pour quantifier les entrées d'eau dans le système hydrologique une approche canopée-transfert hydrique du sol a été utilise. La recharge est principalement affectée par l'altitude en raison de l'effet orographique sur les gradients de pluie et d'évapotranspiration. Néanmoins, à haute altitude, la différence est principalement associée à la couverture végétale en raison de l'apport additionnel fourni par l'interception du brouillard sous la forêt. Une analyse hydrologique montre que les pertes des bassins versants situés à haute-altitude deviennent les entrées d'eau souterraine des bassins versants situés à moyenne altitude (comme CG). Les données du méthode électromagnétique héliportée SkyTEM permettent définir l'extension du bassin hydrogéologique de CG qui est plus grande que le bassin hydrologique. Des approches précédemment décrites, découlent un modèle conceptuel des sources de CG. Ainsi, les eaux souterraines de ces sources sont issues d'un aquifère perché qui s'est formé à la faveur d'une fine couche peu perméable. Ce modèle est testé par simulations numériques qui montrent cette plausibilité. Cette thèse fournit les fondements scientifiques d'une gestion durable des ressources en eau. / The understanding of the hydrogeological functioning in regions such as San Cristobal Island (Galapagos), where water is limited, is fundamental for a suitable management of its resources. This work is the first study of this type on high-level aquifers in San Cristobal using a multi-disciplinary approach, based in the implementation of an experimental site and modeling strategies. For this purpose, a hydrological network was installed in Cerro Gato (CG) and surrounding watersheds. Inputs to the watershed are estimated using the joint modeling of a canopy and soil water transfer. Recharge rates are mainly affected by altitude in mid-elevation watersheds, whereas land cover is the main controlling factor at high-elevation watersheds because of the additional input of fog interception in forests. A hydrological analysis shows that losses from the high-elevation basins become groundwater inputs in the mid-elevation basins, while others have inputs from watersheds at the same altitude, such as CG. The detailed geometry of its hydrogeological watershed is obtained from the dataset of a high resolution AEM SkyTEM survey, which confirms the assumption that its hydrogeological watershed is bigger than its hydrological one. Results from these approaches allow proposing a hydrogeological conceptual model for the springs of CG, where the groundwater flow of springs is fed by a perched aquifer suspended by a low permeability thin layer. This model is tested with numerical simulations, which confirm the plausibility of the existence of a perched aquifer. This thesis provides scientific basis for an effective water management strategy.

Dans les environnements semi-arides la ressource en eau est soumise aux irrégularités du climat. Les eaux de surface sont très irrégulièrement réparties dans le temps et dans l'espace. Le cumul annuel des précipitations est généralement faible et les évènements sont rares et intenses, causant des crues violentes et une forte érosion. Les eaux souterraines constituent souvent la principale ressource pérenne utilisable et elles sont largement mises à contribution. Pour pallier aux conséquences néfastes de ces régimes hydrologiques, des projets de grands barrages ont été menés dans ces zones pour favoriser le stockage d'eau. Paradoxalement, la mise en place de ces ouvrages crée un déficit en eau dans certaines zones en induisant des pertes par évaporation et la diminution de la recharge des nappes. Des situations complexes nouvelles sont ainsi créées, nécessitant des modes de gestions adaptés. En Tunisie centrale, le bassin versant du Merguellil fournit un exemple de processus hydrologique profondément modifié par la construction d'un grand barrage. Le bassin revêt une importance stratégique pour la région. Il alimente la plaine de Kairouan qui constitue le plus fort potentiel de développement agricole du pays et dont la nappe alluviale est surexploitée. Les écoulements intermittents de l'oued rechargeaient autrefois la nappe phréatique de la plaine. Le barrage d'El Haouareb construit en 1989 bloquant désormais les écoulements de surface, la recharge se produit plus en amont via le socle calcaire fissuré de l'ouvrage. Cette modification du fonctionnement hydrologique entraine une perte significative d'eau par évaporation et concentre la recharge à l'extrême amont de la plaine, au pied du barrage. Le but de cette thèse est d'identifier les mécanismes de recharge qui s'opèrent au niveau du seuil d'El Haouareb. L'infiltration depuis le lac de barrage a été quantifiée d'après le bilan hydrologique de la retenue et cet état de 56 % de perte par infiltration, 24 % de perte par évaporation, 14 % utilisés pour l'irrigation et 6 % relâchés depuis 1989. Le bilan a été fait à des pas de temps plus fin pour permettre de modéliser les entrées dans le système aquifère.L'identification des flux transitant à travers le seuil calcaire a été menée en croisant des approches hydrodynamiques (analyse du signal) et géochimiques (profils et chronique de CE et températures, chimie des ions majeurs, isotopes stables de la molécule de l'eau). La confrontation des différentes méthodes a permis de consolider les résultats et de pallier aux imperfections de certaines données de terrain dans un contexte hydrologique et hydrogéologique complexe. Un modèle simplifié de l'aquifère fracturé et un schéma de fonctionnement du seuil ont ainsi pu être établis, permettant d'anticiper l'évolution des mécanismes de recharge dans le bassin du Merguellil sous des contraintes climatiques futures. / In semi-arid environment, surface waters are unevenly distributed in time and space and particularly vulnerable. The total annual rainfall is generally low and the rain events are rare and intense, causing severe flooding and erosion. Therefore, the groundwater resource is widely exploited, often inducing overexploitation problems.To overcome the negative consequences of these hydrological regimes, large dam have been built to increase the water storage. These structures can paradoxically create a water deficiency in some areas by inducing evaporation losses and reducing aquifer recharge. In central Tunisia, the Merguellil catchment provides an example of hydrological processes profoundly changed by the construction of a large dam. The basin is of strategic importance for the region. It feeds the great agricultural plain of Kairouan which suffers f overexploitation for decades. Before the building of the El Haouareb dam, the Merguellil intermittent flows were the main source of recharge to the Kairouan plain aquifer. Dam El Haouareb built in 1989 now blocking surface runoff, recharge occurs further upstream through the cracked limestone base of the structure. This modification of the hydrological causes a significant loss of water by evaporation and concentrate recharge of the plain at the foot of the dam.The purpose of this thesis work is to identify the recharge mechanisms occurring at the threshold of El Haouareb. Infiltration from the lake was quantified calculating the water budget of the reservoir. The total water budget between 1989 and 2006 was made up by: infiltration 56%, evaporation 24%, abstraction 14% and dam releases 6%. Calculations had been conducted for smaller time scale to allow the quantification of the entries in the aquifer system.The identification of flows passing through the calcareous threshold was conducted by crossing hydrodynamic approaches (signal analysis) and geochemical (profiles and records of electrical conductivity and temperature, major ions, stable isotopes of the water molecule). The comparison of different methods helped to consolidate the results and to overcome the imperfections of some field data in a hydrological and hydrogeological complex context.A basic model and a simplified diagram of the El Haouareb aquifer have been established and allow anticipating the evolution of recharge in the Merguellil catchment under future climatic pressure.

Comprendre les relations entre écohydrologie et structure fonctionnelle des communautés végétales est une problématique croissante en écologie. Cette thèse a pour objectif d'analyser les effets d'un gradient de ressource édaphique sur la structure et le fonctionnement de parcours herbacés dans le sud de la France, en intégrant les niveaux de l'écosystème à la plante. Par modélisation du bilan hydrique, les différences d'utilisation de l'eau au niveau de l'écosystème ont été quantifiées pour cinq années contrastées révélatrices de la variabilité des propriétés des sols et du fonctionnement végétal. Utilisation de l'eau et productivité des plantes sont proportionnelles à la réserve utile des sols et à son taux de remplissage, suggérant un équilibre fonctionnel entre les communautés végétales et la disponibilité de l'eau locale. Par une approche ‘traits', nous avons ensuite montré que le ratio entre surface foliaire et surface racinaire totales de la communauté est le facteur déterminant une relation 'allométrique' entre évapotranspiration potentielle et capacité de prélèvements hydriques. La coordination entre les compartiments racinaire et aérien de la végétation dépend d'une suite d'adaptations architecturales et morphologiques. Des modifications d'abondances relatives spécifiques et le turn-over d'espèces génèrent une variabilité de morphologie et de fonctionnement des communautés permettant leur adaptation à des ressources limitées. Au niveau plante, une expérimentation de transplantation a permis de quantifier l'importance relative de la disponibilité hydrique et des interactions entre plantes sur la productivité individuelle de trois espèces-cibles. L'importance de la compétition s'est révélée plus élevée sous fort niveau de ressource et dépendait plus des relations hiérarchiques entre traits que de la biomasse. La compétition entre plantes affecte les axes de niche fonctionnelle des espèces de façon indépendante, avec une convergence de la ‘teneur en matière sèche des feuilles' pour des faibles valeurs mais une plus forte divergence fonctionnelle pour la ‘hauteur des plantes'. Cette approche fonctionnelle a permis d'éclairer le rôle de la diversité végétale dans la réponse des systèmes écologiques à des ressources hydriques variables. De plus, ces résultats sur les propriétés écohydrologiques des communautés naturelles peuvent contribuer à la conception d'agro-écosytèmes complexes mieux adaptés aux sécheresses intenses prévues dans le contexte actuel de changement climatique. / Understanding the relationships between ecohydrology and functional structure of plant communities is a timely issue in plant ecology. From ecosystem to species levels, this works investigated the effects of a resource availability gradient on the structure and functioning of Mediterranean rangelands in Southern France. Using a water-balance modeling approach, differences in water-use at the ecosystem level were quantified across five contrasting years, accounting for the variability in both soil characteristics and vegetation functioning. Plant water-use and productivity scaled with soil water storage capacity and its filling rate, suggesting a functional equilibrium between plant communities and local water availability. Using a trait-based approach, we then showed that the ratio of total leaf area of the community on total root area determined an allometric relationship between potential evapotranspiration and water uptake capacity. The “coordination” between above- and belowground compartment of the vegetation was achieved by a suite of architectural and morphological adaptations. Modifications of species relative abundances and species turn-over explained morphological and functioning adaptations to cope with limiting resources. Finally at species level, a removal experiment allowed to quantify the relative importance of water limitations and effects of plant-plant interaction on individual plant productivity of three target species of graminoïds. The importance of competition increased with soil resource availability and depended more on trait-trait hierarchical distances among species than standing biomass. Competition among plants affects the axes of the functional niche of species independently, leading to the convergence of leaf dry matter content towards low values but to greater functional divergence for plant height. Overall, this functional approach provided an integrative understanding of the role of plant diversity in the response of ecological systems to changes in water availability. Furthermore, these results on ecohydrological properties of natural communities can contribute to the design of complex agro-ecosystem better adapted to intense droughts predicted under climate change.

L’agrivoltaïque, association sur une même surface d’une production agricole et d’une production d’énergie d’origine photovoltaïque, apparait aujourd’hui comme une solution innovante pour atténuer les effets du changement climatique, notamment sur le secteur agricole. Déjà imaginé en 1982, les premières expérimentations débutées à Montpellier (France) en 2010 ont montré la pertinence de cette association à travers un maintien des rendements sous certaines conditions, une meilleure efficience d’utilisation du sol ainsi qu’une diminution de la consommation en eau des cultures sous ombrage. Suite à ces travaux pionniers réalisés sous des panneaux photovoltaïques à inclinaison fixe, l’utilisation de panneaux dynamiques à inclinaison variable est apparue nécessaire pour réduire l’hétérogénéité du rayonnement disponible pour la culture mais aussi, adapter la stratégie d’ombrage aux besoins radiatifs de la culture au cours de son développement.La présente thèse avait pour objectif de caractériser et de modéliser l’impact de la présence de panneaux solaires sur le bilan hydrique d’une culture conduite sous dispositif agrivoltaïque dynamique en vue d’optimiser la stratégie d’irrigation et le pilotage de l’inclinaison des panneaux. Les expérimentations menées sur une culture de laitues ont mis en évidence l’intérêt de panneaux dynamiques afin de réduire les hétérogénéités radiatives. Le développement d’un modèle de redistribution des pluies par les panneaux photovoltaïques a permis la mise en œuvre d’une stratégie de pilotage de l’inclinaison en temps réel a permis d’homogénéiser les cumuls observés au sol. L’adaptation d’un modèle de bilan hydrique et de développement de culture par l’ajout d’un module décrivant la dynamique stomatique sous ombrage fluctuant a permis de décrire la consommation en eau de la culture et son développement sous différentes stratégies de pilotage de l’ombrage. Enfin, différentes stratégies de pilotage de l’inclinaison des panneaux photovoltaïque ont pu être simulées et évaluées à l’aide d’un indicateur globale intégrant l’efficience d’utilisation du sol, la productivité de l’eau, le décalage de maturité et les sources d’hétérogénéités pouvant affecter la production de laitues. / Agrivoltaism, defined as the association on the same land of agricultural and photovoltaic energy production, appears as an innovating concept to dampen some of the effects of climate change, in the agricultural sector. Although the concept was already imagined in 1982, the first experimentations started in 2010 at Montpellier (France) and showed the relevance of this combination by the maintenance of crop yield under certain conditions, the increase of land use efficiency and a reduction of water consumption for the tested crops. Following this pioneering work done under fixed (but not horizontal) photovoltaic panels, the use of "dynamic" panels, i.e. panels with a variable tilting angle, appears necessary to reduce the spatial heterogeneity of the transmitted radiation but also to adapt the shading strategy to the radiation amount required for crop growth.This thesis aims to characterize and to model the impact of the photovoltaic panels on the water budget of the cultivated plot and to progress towards the optimization of irrigation strategies in such systems controlled by the variations in time of the tilting angle of the panels. Experimentations conduced on lettuces showed the benefits of "dynamic" photovoltaic panels to reduce the radiative heterogeneity. Accounting for rain redistribution by the solar panels permits the implementation of a real time strategy to reduce rainfall heterogeneity on the ground surface. The derivation of a water budget and crop development model which describes the dynamics of stomatal conductance under fluctuating shading allows a better simulation of water consumption and crop development for different shading strategies. Finally, various strategies for the piloting of the solar panels could be tested and evaluated by a new, global index combining land use efficiency, water productivity, maturity delays and heterogeneities (in rain and radiation) which can impact production.

Le travail de cette thèse s'inscrit dans le cadre du projet MAISEO qui associe, entre autres partenaires, la CACG, gestionnaire de l'eau sur des bassins hydrographiques du Sud-Ouest, Météo-France et le CESBIO. Un des objectifs est de proposer des méthodes innovantes et opérationnelles pour l'estimation des besoins en eau des cultures à l'échelle d'un territoire. Il s'agit de fournir au gestionnaire des outils qui lui permettront de mieux gérer la demande en eau d'irrigation liée à la culture dominante présente dans le Sud-Ouest de la France: le maïs. L'objectif de la thèse consistait à estimer les rendements et les besoins en eau du maïs sur de grandes surfaces. Pour cela, nous avons utilisé un modèle agro-météorologique couplé à l'imagerie satellitaire optique. De nombreuses images à haute résolution spatiale et temporelle provenant de différents capteurs ont été utilisées, préfigurant l'arrivée des données Sentinel-2 lancé en 2015. Il s'agissait dans un premier temps de coupler les données satellitaires avec le modèle SAFY (Simple Algorithm For Yield estimates, Duchemin et al., 2008a), qui simule le développement des plantes en se basant sur la théorie des efficiences (Monteith, 1972), afin d'estimer la biomasse et le rendement du maïs. De nombreuses données terrain ont permis de valider les sorties du modèle. A l'échelle régionale, les résultats ont été agrégés et comparés aux statistiques départementales Agreste. Les résultats ont conduit à proposer une nouvelle version du modèle SAFY permettant de prendre en compte la variation temporelle de l'efficience de conversion de la lumière effective (ELUE) et de la surface spécifique foliaire (SLA). Cette modification permet une meilleure prise en compte de la dynamique de croissance de la végétation et une amélioration de l'estimation du rendement tant à l'échelle locale que régionale. La méthode de calibration a également été améliorée afin de limiter le recours aux données in situ difficilement accessibles sur de grandes surfaces. Nous avons pu mettre en évidence l'apport de la double logistique, utilisée pour interpoler les profils temporels de NDVI. Cette interpolation a permis d'affiner la délimitation du cycle cultural et de contraindre plus précisément certains paramètres du modèle comme la date de levée. Une fois contraint par les données satellitaires, le modèle SAFY est capable de reproduire les rendements sur les deux départements avec une bonne précision et ce sans prendre en compte l'évolution du stock d'eau dans le sol (Battude et al., 2016) / This Ph.D. thesis is part of the MAISEO project associating partners among them: the CACG, managing the water supply of several watersheds located in the south west of France, the Meteo-France center and the CESBIO. One of the goals is to develop innovative and operational tools to estimate crops' water needs at the territory scale. The aim is to provide managers tools to better manage the water supplies linked to the predominant crop encountered in south west of France: maize. The objective of the thesis was to estimate the yield and water requirements of maize crop over large areas. For this purpose, we used an agro-meteorological model coupled to optical satellite imagery. Numerous high spatial and temporal resolution images from different sensors have been used, prefiguring the arrival of the Sentinel-2 data launched in 2015. The first part was to combine remote sensing data with the SAFY (Simple Algorithm For Yield estimates) crop model (Duchemin et al., 2008a) that simulates plant development based on Monteith theory (Monteith, 1972) in order to accurately estimate maize biomass and yield. Numerous field data have been used for the validation at local scale. At regional scale, the results have been aggregated and compared to Agreste yield statistics provided by the French government. Results led us to propose a new formulation of the SAFY model taking into account the temporal variation of the effective light use efficiency (ELUE) and of the specific leaf area (SLA). This modification allows a better simulation of the crop growth dynamics and an improvement of yield estimates at the local and regional scale. Furthermore, we changed the calibration method in order to limit the use of in situ data that are difficult to access over large areas. We also highlighted the contribution of the double logistic function, used to interpolate the NDVI time series. This interpolation enables an accurate determination of the crop growing season and it allows constraining some model parameters such as the emergence date. The SAFY model constrained by remote sensing data is able to well reproduce the yield for the two departments without taking into account the evolution of the soil water storage (Battude et al., 2016)

Ce travail de thèse a porté sur la prise en compte de la phase juvénile des peuplements forestiers du Sud-Ouest de la France dans la caractérisation des échanges sol-végétation-atmosphère. L’étude s’est focalisée sur des structures de peuplements contrastées de jeunes peuplements de Pins maritimes et d’Eucalyptus. La première partie de ces recherches a consisté à étudier de façon expérimentale les échanges de masse et d’énergie de jeunes plantations d’Eucalyptus et de Pins maritimes du Sud-Ouest. Trois sites instrumentés pour la détermination en continu des échanges de CO2 et H2O, bilan d’énergie, flux de sève et de croissance et production des arbres ont été suivis durant deux années marquées par des épisodes répétés de sécheresse. Le comportement des essences présentes a été comparé ainsi que les effets de l’environnement et des pratiques culturales sur le fonctionnement de ces écosystèmes. Les bilans annuels d’eau, de carbone et la croissance et la production des trois peuplements ont été établis et comparés. A partir de ces mesures enrichies par des données déjà disponibles et en se basant sur le modèle de production forestière et de transfert sol-végétation-atmosphère GRAECO (INRA-EPHYSE), modèle mécaniste biophysique monodimensionnel, la deuxième partie a consisté à développer une nouvelle évolution de ce modèle pour l’adapter au cas des systèmes de culture de biomasse forestière à croissance rapide. L’approche proposée en couplant ce modèle avec le modèle MAESTRA (Medlyn 2004) a permis de dépasser les hypothèses d’homogénéités verticale et horizontale du couvert pour rendre compte de l’effet de la structure en trois dimensions de peuplements jeunes à couronnes disjointes et sous-étage développé sur les transferts radiatifs, de CO2 et vapeur d’eau. De plus, le modèle a été complété par trois nouveaux modules décrivant respectivement la dynamique du carbone du sol (Roth-C) et la croissance et fonctionnement du sous-étage et du taillis. Il a été évalué sur les données existantes couvrant différents sites et séries temporelles et incluant une série d’interventions de type labour, désouchage, disquage superficiel, semis, dépressages, éclaircies et recépées. Enfin, ce modèle a été implémenté sur un jeu de données décrivant le climat local sous le forçage du scénario climatique A2 régionalisé sur un point de la grille SAFRAN de Météo-France pour trois itinéraires sylvicoles de Pin maritime et Eucalyptus, afin d’évaluer, à titre exploratoire, les potentialités de productivité de ces itinéraires. / In this thesis, the juvenile phase of forest stands of southwestern France was studied in order to characterise soil-vegetation-atmosphere exchanges. The study focused on contrasted structures of young pines and Eucalyptus stands. The first part of this research was to study experimentally the mass and energy exchanges of young plantations of pines and Eucalyptus growing in southwestern France. Continuous measurements of CO2 and H2O fluxes, energy balance, sapflow and tree growth and production were carried out for two years, a period marked by repeated episodes of drought. The behavior of these species was compared, as well as the effects of the environment and cultural practices on these ecosystems. The annual water and carbon balances, growth and production of the three stands were established and compared. These measurements were enriched by data already available and were based on the 1D-mechanistic model of forest production and soil-vegetation-atmosphere transfer GRAECO (INRA-EPHYSE). The second part of the thesis focused on developing a new version of the model to be applied to crop systems for fast-growing forest biomass. By coupling this evolution of the model with the 3D-model MAESTRA (Medlyn 2004), the assumptions of vertical and horizontal homogeneities in the canopy can be exceeded thus accounting for the effect of the three-dimensional structure on the radiative, CO2 and water vapor transfers in young stands, where crowns are separate and the understorey is well-developed. In addition, the model was supplemented by three new modules describing the dynamics of soil carbon (Roth-C) and the growth and functioning of the understory and coppice. It was evaluated on existing data covering different sites and time series and including a series of forest practices, such as plowing, stump removal, superficial disking, seeding, early thinning, thinnings and cutting down close to the ground. Finally, as an exploratory work, this model has been implemented on a data set describing the local climate forced by the A2 climate scenario which was regionalized on a SAFRAN grid point (‘Météo-France’) for three forest itineraries of maritime pine and Eucalyptus, in order to assess the potential productivity of these systems.

Les oscillations paléoclimatiques au cours du Pléistocène et leur influence sur les bilans hydriques stationnels ont été considérées à Madagascar. La disponibilité en eau est l'élément majeur de la vie végétale et animale. À partir de travaux publiés en 2006, un modèle intégrant des aspects écologiques et géomorphologiques dans un contexte de changement climatique est considéré pour identifier les régions qui pouvaient présenter un bilan hydrique stationnel positif, indispensable à la survie de la faune et de la flore sylvicoles au cours des périodes les plus sèches, et l’évolution de ce bilan lorsque le climat redevenait chaud et humide. Le modèle a été appliqué à la biogéographie des lémuriens de Madagascar, et plus particulièrement à une région sédimentaire du versant occidental de l’île, pour expliquer le centre d’endémisme du Menabe Central, entre les bassins versants des fleuves Tsiribihina et Mangoky. / Pleistocene paleoclimatic oscillations have had a major influence on the hydrological balance in Madagascar, from the scale of individual sites to watersheds. Water availability is one of the major component for the life of plants and animals life. Based on previous research published in 2006, a model is considered which has been enriched, and encompasses ecological and geomorphological features in the context of changing climate to identify areas where water remained available during the driest periods, but also how availability increased again when climatic conditions become warmer and wetter. This model is applied to a portion of Western Madagascar encompassing the Tsiribihina and Mangoky watersheds and the Central Menabe center of endemism to describe the mechanism leading to landscape-Level evolution and especially the distribution patterns observed today of some of the island’s endemic animal species, comparing narrowly vs. broadly endemic taxa.