Le travail porte sur la compréhension de l'influence de la transpiration sur le bilan hydrique d'un système irrigué-drainé. Il est divisé en deux parties : une expérimentale (en laboratoire et sur le terrain) et une de modélisation. En laboratoire nous avons tenté de déterminer si les prélèvements de la canne à sucre, de la variété la plus répandue dans la plaine du Gharb au Maroc (CP 66-345), sont affectés par des conditions d'engorgement du sol. La canne s'est développée pendant six mois en lysimètre avec une nappe maintenue à l'aide d'un vase de Mariotte à 70 cm de profondeur. La nappe a ensuite été successivement remontée à 0,45, 0,2 et 0,05 m de profondeur pendant 21, 31 et 24 jours, respectivement. La transpiration a été mesurée à l'aide de capteurs de flux de sève. Aucune diminution des prélèvements racinaires n'a été observée avec les conditions d'engorgement du sol. In situ sur la station expérimentale du Gharb, nous avons étudié la possibilité de déterminer la transpiration d'un couvert de canne à sucre (de près de 200 000 tiges) à partir de mesures de flux de sève de seize tiges de canne à sucre. Différentes méthodes d'extrapolation des flux de sève de quelques tiges à la transpiration du couvert ont été testées ; elles ont toutes montré une surestimation de 30 à 75 % en moyenne, sur une période de dix jours, par rapport à l'évapotranspiration potentielle calculée à partir du bilan énergétique. La seconde partie du travail a porté sur l'étude du fonctionnement et la comparaison de deux fonctions puits racinaires. La première fonction, nommée fonction α, pondère la transpiration potentielle par un paramètre dépendant de la succion de l'eau du sol et par la densité racinaire. Dans la seconde fonction, nommée fonction Ψ r, les prélèvements sont proportionnels à la différence de succion au niveau du sol et des racines, à la conductivité hydraulique du sol et à la densité racinaire. La fonction α a été étudiée à travers le code commercial Hydrus 2D (Simunek et al., 1996) que nous avons utilisé en l'état alors que nous avons modifié le code SIC (Système Intégré de Conception) (Breitkopf et Touzot, 1992) pour y introduire et ajuster la fonction Ψr. Ces deux fonctions ont été utilisées pour déterminer le profil de distribution des prélèvements racinaires de la canne à sucre développée en laboratoire. Nos simulations ont montré que la fonction Ψr est la mieux adaptée pour rendre compte des prélèvements en présence d'une nappe superficielle dans le profil racinaire. La fonction α s'est en effet révélée inadaptée principalement parce qu'elle ne tient pas compte de la conductivité hydraulique non saturée du sol. Finalement le comportement d'une nappe se tarissant sous l'effet conjugué d'un système de drainage gravitaire souterrain et de la transpiration a été analysé. Le fonctionnement des deux fonctions puits racinaires α et Ψr a été comparé pour des sols caractérisés par des propriétés hydrodynamiques différentes. Les résultats des simulations ont été analysés en terme de proportions relatives d'eau évacuée par drainage gravitaire et par transpiration. Les relations débit au drain-hauteur de nappe à l'interdrain obtenues au cours de nos simulations ont été étudiées via une relation dérivée des approches dites "saturées" du fonctionnement du drainage (Lesaffre, 1989 ; Bouarfa et Zimmer, 1996) tenant compte de la contribution au débit de l'évapotranspiration.

Les peuplements mélangés font l'objet d'un intérêt croissant de la part des gestionnaires forestiers, résultant d'une part de la diversité de leurs fonctions, et d'autre part, de l'idée générale selon laquelle les forêts mélangées seraient plus résistantes et résilientes aux événements extrêmes. Dans ce contexte, l'objectif principal de ce travail est de caractériser la diversité fonctionnelle de la gestion de l'eau d'un jeune peuplement mélangé, notamment en condition de sécheresse. L'étude s'est orientée sur (i) la description de la réponse des arbres à la sécheresse à l'aide de mesures de flux de sève et potentiels hydriques de base, (ii) la caractérisation de l'absorption de l'eau au travers d'études de morphologie racinaire et d'expérimentations de marquages isotopiques (deutérium et 18O) et (iii) la vulnérabilité à la cavitation des différentes espèces et son contrôle par les stomates. L'étude de la croissance radiale des arbres, de leur phénologie ainsi que celle de l'efficience d'utilisation de l'eau ont également été abordées. L'ensemble de ces mesures a permis, grâce à une analyse en composantes principales, de mettre en évidence un partage spatial (enracinement plus ou moins profond) et temporel (phénologies décalées dans la saison) de la ressource en eau et de définir différentes stratégies d'utilisation de l'eau au sein du peuplement. A l'échelle du peuplement, cette diversité fonctionnelle se traduit par une complémentarité de l'utilisation des ressources hydriques du sol et par des mécanismes de facilitation (« ascenseur hydraulique ») avec un avantage certain pour les peuplements mixtes par rapport aux peuplements monospécifiques. / In regard to the various functions of forests and considering the general idea that mixed stands would be more resistant and resilient to disturbances, those stands are more and more promoted than pure stands. In such a context, characterize co-occurring species behaviour and define the possible interaction between them appeared to be necessary. The main objective of this work was to characterize the functional diversity in water uptake and regulation in a young broad leaved mixed forest, particularly under drought conditions. The study was focused on (i) drought response of the species from sap flow and predawn leaf water potential measurements, (ii) water absorption through two-dimensional root distribution and labeling experiments (using deuterium and 18O) and (iii) vulnerability to cavitation of the different species and its protection through stomatal regulation. Radial growth, phenology and water use efficiency were also taken into account in this analysis. A principal component analysis highlights a spatial and temporal partitioning of water resource and underlines contrasted tree water use strategies among co-occurring species. At stand level, this functional diversity results in complementarity soil water use and facilitation mechanism (hydraulic lift) that benefits to mixed in comparison to pure forest stands.

Les variations de transpiration totale sous contraintes hydriques, à la fois atmosphérique et édaphique, sont étudiées pour des arbres matures d'Hevea brasiliensis (clone RRIM600) dans une zone limitée en eau du Nord-Est de la Thaïlande. Les variations sont analysées et comparées entre une sécheresse transitoire en saison des pluies et la sécheresse saisonnière caractérisée par des fluctuations de la surface foliaire (sénescence foliaire, chute des feuilles and re-feuillaison) et de la croissance racinaire en profondeur. Les réponses physiologiques sont analysées dans le cadre d'un modèle hydraulique simple appelé "RER_ET0". Ce modèle est principalement basé sur une valeur critique du potentiel hydrique foliaire (ψcrit) et sur les réponses, de la conductivité hydraulique totale de l'arbre (gL) et du potentiel hydrique de base (ψpredawn), à la disponibilité en eau du sol (REW). Une estimation précise et en continue de la transpiration totale des arbres durant une année complète était une mesure clé de cette étude avec des mesures concomitantes des conditions environnementales et du potentiel hydrique foliaire (ψLeaf). Nous avons appliqué la méthode à dissipation thermique transitoire (TTD) développée par Do et Rocheteau (2002b) qui a plusieurs avantages mais n'avait pas été testée sur bois d'hévéa. La méthode TTD a été calibrée en laboratoire sur des segments de branches d'Hevea brasiliensis et de deux autres espèces (Mangifera indica and Citrus maxima). Les résultats fournissent une calibration linéaire unique indépendante des espèces étudiées (R² = 0.88, n = 276, P<0.0001). Une comparaison en plantation via un bilan hydrique du sol en saison sèche valide les ordres de grandeurs de transpiration ainsi estimés par les flux de sève. Les résultats démontrent une remarquable saturation de la transpiration au dessus d'un certain seuil d'évapotranspiration de référence (ET0), environ 2.2 mm day-1, indépendamment de la disponibilité en eau du sol (REW). Ensuite, le dessèchement du sol en saison des pluies provoque une chute marquée de la transpiration en dessous d'un seuil de 50% du REW dans l'horizon de surface du sol, ce qui correspond à ψpredawn autour de -0.45 MPa. La transpiration est réduite de 40% à REW 0.3 et 80% à REW 0.1. La valeur minimale de potentiel hydrique foliaire (ψminimum) en journée ensoleillée ne décroit pas en fonction du dessèchement du sol mais est stable autour de -1.95 MPa ce qui suggère un comportement iso-hydrique. La décroissance de la transpiration est essentiellement liée à la variation de gL. Les résultats durant la sécheresse saisonnière montrent étonnamment que les principes du modèle à limitation hydraulique tiennent malgré les variations de phénologie et de surface foliaire. De plus, les variations phénologiques ont peu influencé sur les détails des paramètres et relations du modèle. Finalement, le cadre du simple modèle hydraulique a été suffisant pour décrire correctement les principales variations de transpiration de l'arbre sous contrainte hydrique édaphique comme climatique. Un comportement iso-hydrique des arbres matures étudiés est démontré à la fois par les résultats expérimentaux et la modélisation.

La biodiversité favorise un grand nombre de fonctions et services écosystémiques des écosystèmes forestiers tels que la production de bois ou la résistance aux attaques d’insectes et aux maladies. Cependant l’impact de la diversité sur l’acquisition et l’utilisation de l’eau et du carbone reste largement méconnu dans ces écosystèmes. De plus, dans le contexte actuel de changement climatique, l’influence de la diversité sur la réponse des écosystèmes forestiers à des événements climatiques extrêmes tels que la sécheresse reste à étudier. L’objectif de ce travail est donc de déterminer l’impact de la diversité en espèces d’arbre sur d’importantes fonctions du cycle de l’eau et du carbone telles que la transpiration, la composition isotopique du carbone ou la profondeur d’extraction de l’eau à l’échelle de l’arbre et de l’écosystème sous des conditions contrastées dedisponibilité en eau du sol. Ce travail a été réalisé dans le cadre du projet FunDivEUROPE sur un réseau de parcelles forestières ainsi que dans des plantations expérimentales le long d’un gradient Nord-Sud en Europe afin de couvrir une importante gamme de conditions climatiques. Nos travaux ont montré une importante variabilité de la réponse à la diversité à l’échelle de l’arbre et de l’écosystème en termes de relations hydriques et carbonées à travers l’Europe. La diversité en espèces ne semble pas influencer les relations hydriques et carbonées des espèces et des écosystèmes forestiers dans des conditions non limitantes de disponibilité en eau. Cependant, un fort effet de la diversité a été observé en conditions de sécheresse pour certains types forestiers. A partir de ces résultats, je discute des mécanismes d’interaction entre espèces qui peuvent expliquer les effets observés. Nos données ont montré que l’influence de la diversité en espèces est fortement dépendante du contexte et peut êtremodifiée par les conditions environnementales locales et les conditions climatiques. En terme de gestion forestière, je suggère que pour certaines régions en Europe, promouvoir la diversité en espèces ainsi que contrôler la densité des parcelles doit être recommandé afin d’adapter les écosystèmes forestiers aux futures conditions climatiques / Biodiversity is known to support and boost a wide range of forest ecosystem functions and services like productivity and resistance against insect pests and diseases. However, whether tree species diversity also promotes water and carbon acquisition and use in forest ecosystems is still unclear. Furthermore, in the current context of global warming, information on how tree species diversity can influence the response of forest ecosystems to extreme climatic events such as drought are urgently needed. In this framework, the objective of my PhD thesis was to determine how tree species diversity influences important functions of the water and carbon cycle including transpiration, carbon isotope composition and water extraction depth at the tree- and ecosystem-Scale under contrasting soil water conditions. My work was conducted within the FunDivEUROPE project in a network of permanent forest stands and tree plantations across a North-South gradient in Europecovering a wide range of climatic conditions. I found considerable variability among species or forest types in the response of transpiration and carbon isotope composition at the tree- and ecosystem-Scale across Europe. Species diversity did not affect the water and carbon relations of tree species and forest ecosystems under non-Limiting soil water conditions. However, a strong effect of species diversity was observed under drought conditions in some forest types. Based on these data, I discuss the potential mechanisms of species interactions that may explain the observed patterns. I also point out that the influence of species diversity is highly context-Dependent, and changes with local environmental and climatic conditions. In terms of forest management applications, I suggest that, at least in some regions, controlling for tree species diversity along with stand density and total basal area could be recommended to help forests adapt to drier conditions