Le fractionnement de quatre biomasses herbacées modèles présentes ou cultivées dans l’estuaire de la Loire est étudié pour la production d’agrofibres adaptées à leur usage dans les matériaux composites écoconçus pour la construction. Les biomasses caractérisées chimiquement et physicochimiquement sont traitées par trois technologies de complexité croissante : le broyeur à marteaux permettant une fragmentation transversale et longitudinale radiale, le défibrage mécanique orientant les contraintes de façon longitudinale radiale et tangentielle, et le défibrage thermomécanique permettant un raffinage à l’échelle de la fibre élémentaire. Le Foin des Marais, modèle de mélange d’herbacées composé de tiges portant des feuilles, endémiques de prairies mésohygrophiles, est une source d'agrofibres cellulo-hémicellulosiques peu lignifiées (ratio cellulose/hémicelluloses/lignines 50/40/10) présentant un très fort taux de composés hydrosolubles (17 à 27% de MS), très hydrophiles (ratio liquide/solide à saturation L/Ssat entre 5,2 et 9,7), relativement fines (facteur de forme L/D >10) et de petites dimensions (moins de 5 cm) permettant l’obtention d’une grande gamme de densité de mats (37 à 112 kg/m3) et ayant une bonne aptitude à l’auto-assemblage sous contrainte. La Rouche, modèle de mélange d’herbacée composés de feuilles ayant des tiges, endémique de prairies hygrophiles, est une source d'agrofibres cellulo-hémicellulosiques peu lignifiées (ratio 50/40/10) présentant un fort taux de composés hydrosolubles (16% de MS), hydrophiles (L/Ssat entre 4,1 et 10,7), fournissant une large gamme de morphologie d’agrofibres allant jusqu’à 13cm de long pour des L/D de 100, formant des mats de 32 à 121 kg/m3, et ayant une bonne aptitude à l’autoassemblage. La Canne de Roseau (Phragmites australis), modèle de tiges creuses rigides, endémiques des bas marais, est une source d'agrofibres rigides beaucoup plus lignifiées (ratio 50/30/20) contenant peu de composés hydrosolubles (6 à 8% de MS), thermostables jusqu’à 220°C et relativement peu hydrophiles (L/Ssat de 3,4) si elles ne sont pas trop déstructurées, ne générant que de agrofibres courtes (moins de 5 cm) et de faible finesse (L/D <15). Les tiges de Mélilots jaune et blanc (Melilotus officinalis et Melilotus alba), dicotylédones à croissance secondaire adaptée à la culture sur les terrains de l’estuaire de la Loire, s’est avéré produire deux classes d’agrofibres. La première est composée d’agrofibres longues, extractibles du cortex de la tige, souples et essentiellement cellulosiques (ratio 75/15/10) pouvant aller jusqu’à 16cm de long (L/D>100), formant des mats de 38 à 42 kg/m3; la seconde classe d’agrofibres macroporeuses courtes et rigides extractibles du bois, beaucoup plus lignifiées (ratio 65/15/20), ayant très peu d’extractibles (2 à 3% de MS), et peu hydrophiles (L/Ssat entre 2,5 et 2,8). Un nouveau procédé d’extraction d’agrofibres longues (dm à cm) courtes (cm à mm), et ultra courtes (mm à μm) est développé. Des agrofibres sélectionnées sont mises en oeuvre avec de la colle de caséine dans des agrocomposites basse densité type blocs isolants thermiques (40 à 82 mW/m*K) et phoniques (indice d'affaiblissement sonore entre 0,18 et 1,2 dB(A)/mm) ; avec de la colle d’os dans des agrocomposites haute densité type panneaux de particules et de fibres (D jusqu’à 1,3 g/cm3, Eflexion jusqu’à 3,9 GPa et σmax flexion jusqu’à 39 MPa) ; ainsi qu’avec une matrice thermoplastique recyclable (PP+PPMA) chargées jusqu’à 40% en agrofibres et présentant une tenue mécanique jusqu’à 5 fois plus élevée en traction et en flexion. Parallèlement, les graines de Mélilots sont caractérisées, et se révèlent être riche en protéines (31 à 32% de MS) et avoir un fort potentiel en fraction extractible aqueuse (34 à 36% de MS) contenant des galactomannanes. Le raffinage de cette agroressources a été entrepris en vue de l'obtention de liants pour des agrocomposites.

Au Québec, les premiers Lumbricidae ont été introduits par les colons européens aux alentours du 16e siècle. Depuis cette première vague d’introduction, ils se propagent sur le territoire à l’aide de l’activité humaine. Cependant, nous en savons peu sur l’effet des diverses activités humaines sur l’établissement des communautés de Lumbricidae en milieu forestier protégé. De plus, leurs effets sur les cycles biogéochimiques et les plantes de sous-bois restent peu connus. Le premier objectif de notre étude était de comparer l’effet de la circulation routière et du transport d’appâts par les pêcheurs sur l’abondance et la structure des communautés de Lumbricidae en forêt. Notre deuxième objectif était de vérifier si les vers de terres exotiques pouvaient influencer la production d’oxyde nitreux, un gaz à effet de serre important. Enfin, le dernier objectif était de mesurer l’impact des vers de terre sur la richesse et la composition du sous-bois forestier. Nous avons réalisé un échantillonnage autours de 61 lacs du parc national du Mont-Tremblant, 46°26′00″N 74°21′00″W, avec différents niveaux d’activité humaine. Nos résultats montrent que la pêche, la proximité des routes et l’acidité du sol ont tous les trois un effet positif sur l’abondance des vers de terre. Cependant, la pêche augmente davantage la densité et la richesse d’espèces de vers. De plus, seule la pêche semble permettre l’introduction des vers anéciques Lumbricus terrestris. Afin d’estimer l’impact des vers de terre sur la biodiversité végétale et les propriétés du sol nous avons échantillonné 47 points autour de deux lacs envahis pour observer un gradient d’invasion. Nos tests ont montré que l’abondance de Lumbricus terrestris était corrélée positivement avec les taux de nitrification et de dénitrification dans le sol, deux processus pouvant émettre de l’oxyde nitreux vers l’atmosphère. Une augmentation de l’abondance des Lumbricus terrestris était également corrélée avec une diminution de la richesse d’espèces herbacées. Nous avons observé que les abondances combinées des vers anéciques et endogéiques influençaient la composition de la végétation de sous-bois. Leur abondance était corrélée négativement avec le recouvrement de Maïanthemum canadensis, Trientalis borealis et Dryopteris intermedia tout en étant corrélée positivement avec celui de Carex sp. Les résultats de notre étude pourront être utilisés par nos partenaires de la SÉPAQ afin d’assurer une meilleure gestion de la problématique des vers de terre exotiques. Nos résultats militent en faveur d’un moratoire sur la création de nouvelles routes et sur l’utilisation de vers vivants en tant qu’appâts dans les parcs nationaux. De manière plus générale, cette étude amène des pistes de solutions quant à la gestion de la propagation des vers de terre exotiques dans des nouveaux milieux, par exemple en donnant aux autorités nécessaires le mandat de contrôler l’accès des pêcheurs dans les secteurs non envahis.

Les acides gras libres et liés, comprenant les acides monocarboxyliques saturés et insaturés, les acides dicarboxyliques, les (α, β, ω, et ω-1) hydroxyacides et les acides phénoliques, ont été analysés le long d'une carotte sédimentaire de Cadagno (Suisse) dans le but de déterminer les variations des sources et des conditions de déposition de la matière organique en fonction de la profondeur. Les résultats montent que des événements épisodiques tels que les avalanches, glissements de terrains, crues torrentielles, sont plus fréquents entre 0 et 51 cm. Par contre, entre 51 et 245 cm, la sédimentation était plus calme, faible et caractérisée par une contribution plus élevée de la matière organique des plantes supérieures. L'étude microscopique de la matière organique confirme aussi ces résultats. Des acides gras branchés iso- et anteiso- ayant un nombre d'atomes de carbone entre C21 et C29 non mentionnés dans la littérature géochimique jusqu'à présent, ont été détectés dans les fractions liées. Ils proviennent probablement des bactéries spécifiques à ce lac. Finalement, il a été démontré que la source des α- et β-hydroxyacides sédimentaires ayant un nombre d'atomes de carbone < c10 est la même que celles de leurs homologues supérieurs, c.à.d., les bactéries gram-négatives.

Nombre de travaux effectués sur la production primaire des parcours sahéliens dominés par des herbacées annuelles, montrent une forte variation à la fois spatiale mais aussi temporelle de la production liée aux variations des précipitations et à la redistribution des eaux en surface liée principalement au type de sol. Dans cette région, l'essentiel de la production fourragère a lieu au cours de la saison des pluies qui dure trois à quatre mois. La gestion du stock fourrager qui constitue la principale ressource disponible pour le bétail au cours de la longue saison sèche suppose une bonne connaissance de sa dynamique saisonnière sous l'effet conjugué du climat et de la pression pastorale. Cette thèse se propose d'étudier l'impact de la variabilité climatique observée dans la région naturelle du Gourma, située au nord-est du Sahel malien, sur la dynamique de ses ressources pastorales et leurs conséquences sur les productions animales. La démarche utilisée est basée sur un suivi saisonnier conjoint de la végétation et de la charge animale. Elle combine une approche analytique à une modélisation de la dynamique de la ressource fourragère sous l'effet de la distribution des pluies et celle de la charge animale. Quatre principales études composent cette thèse. La première est une analyse de la sensibilité de la production fourragère aux aléas de la distribution intra-saisonnière des pluies. La seconde étude menée évalue l'impact de la pâture des ruminants domestiques sur les taux de disparition des pailles dressées et des litières au cours de la saison sèche. La troisième étude aborde la même question par modélisation des dynamiques associées de la charge animale et de la ressource fourragère en saison sèche. La quatrième et dernière étude, évalue la productivité numérique des troupeaux et la viabilité écologique de l'élevage pastoral dans la région du Gourma. Les résultats mettent en évidence la faible productivité des troupeaux de conduite pastorale malgré une sous-exploitation globale des ressources fourragères de saison sèche. Ils indiquent que dans les systèmes pastoraux sahéliens avec des parcours qui produisent moins de 2000 kg MS ha-1 en moyenne, et avec un faible recours à la complémentation alimentaire, le bétail est en situation de stress nutritionnel en fin de saison sèche et début de saison des pluies comme le révèlent les masses fourragères résiduelles en fin de saison sèche de moins de 10% des disponibles de fin de saison des pluies. / Several studies on the primary production of Sahelian rangelands that are dominated by annual herbaceous indicate large spatial heterogeneity and high inter-annual variations in production associated with changes in rainfall distribution mediated by run-off redistribution itself mostly bound to soil type. In Sahel, most of the forage production occurs during the rainy season, which lasts three to four months. The management of the stock of fodder which is the main nutrition resource for livestock during the long dry season requires a good knowledge of its seasonal dynamics under the combined effects of climate and grazing pressure. This thesis aims to study the impact of climate variability on the dynamics of the pastoral resources of the Gourma in the North-East of Malian Sahel and to assess the impact of resources variations on animal production. The approach used is based on a joint seasonal monitoring of vegetation and stocking rate. It combines an analytical study and the modeling of the dynamics of forage resources in response to rainfall distribution and stocking rate. The thesis is composed of four studies. The first is a sensitivity analysis of forage production to the intra-seasonal distribution of rainfall. The second study evaluates the impact of domestic ruminants grazing on standing straw and litter disappearance rates during the dry season. The third study addresses the same question by modeling the dynamics of fodder resources during the season depending on the livestock grazing pressure. The fourth and last study evaluates the breeding productivity of the herds and the sustainability of Gourma pastoralism. The results highlight the low productivity of pastoral breeding despite an overall under-utilization of the forage stock in the dry-season. They indicate that in the Sahelian pastoral systems with rangelands producing less than 2000 kg DM ha-1 on average, and very limited use of supplementary feeds in the late dry season, livestock suffer of nutritional stress in the late dry and early wet season, as revealed by residual masses of straws and litter tilling less than 10 % of rangeland yield at the end of the rainy season.

Dans de nombreux projets de végétalisation, le sol est la principale entrave à l’implantation des végétaux. Il est donc fondamental de connaitre la manière dont les systèmes racinaires se mettent en place dans le sol. La mise en place du système racinaire dans le milieu souterrain correspond à l’expression du patrimoine génétique guidé par les contraintes du sol. A travers ce document nous avons tout d’abord présenté la mise en place des systèmes racinaires des espèces herbacées résultant du patrimoine génétique puis nous avons présenté sa plasticité face à certaines contraintes du sol. Les espèces ne possèdent pas forcément un simple système racinaire mais une combinaison de systèmes racinaires qui se met progressivement en place. Nous présentons dans ce document une typologie et une classification de ces systèmes racinaires selon leur localisation et l’implication de l’organe-support dans la multiplication de l’espèce. Nous nous intéressons aussi à l’effet des contraintes du sol sur la mise en place de l’architecture racinaire : la résistance à la pénétration qui est une contrainte récurrente même dans les terres cultivées et la porosité grossière qui est une contrainte présente dans les sols remaniés. Des expérimentations ont été menées sur une diversité d’espèces herbacées afin de comparer leur architecture racinaire en présence ou non une zone de contrainte. Concernant la résistance à la pénétration, nous retrouvons et généralisons les résultats obtenus par d’autres chercheurs sur d’autres espèces herbacées tels que la diminution du taux de croissance ou l’augmentation du diamètre des racines au niveau de la contrainte. De même, nous retrouvons des traits prédictifs de capacité de pénétration tels que le diamètre apical racinaire et le taux de croissance racinaire et nous mettons en avant la teneur en matière sèche du système racinaire avec une corrélation négative. Concernant la porosité grossière, nous observons un effet sur la croissance racinaire, le diamètre apical racinaire et le développement de primordia lorsque la porosité est très grossière / In many revegetation projects, the soil is the main obstacle to the establishment of plants. It is therefore essential to know how the root systems are set up in the ground. The root systems establishment is the expression of the genetic heritage guided by the constraints of the environment. In this document we first presented the root systems development of herbaceous species resulting from genetic and then we presented its plasticity face to soil constraints. The species do not have a single root system, but a combination of root systems that are implemented gradually. We present here a typology and classification of root systems depending on their location and on the bearing-organ involvement in the vegetative multiplication of the species. We are also interested in the effect of soil constraints on the development of root architecture: the penetration resistance is a recurring stress even in cultivated land and the gross porosity is a stress present in soils reworked. Experiments were conducted on a variety of herbaceous species to compare their root architecture with or without a stress zone. Regarding the penetration resistance, we find and generalize the results obtained by other researchers on other herbaceous species such as the decreasing root growth rate or the increasing root diameter at the level of the stress. Similarly, we find the traits predicting the penetration such as root apical diameter and root growth rates and we highlight the root dry matter content with a negative correlation. Regarding the gross porosity, we observe an effect on root growth rate, root apical diameter and primordia development when the porosity is very gross

Au sein des communautés végétales, les traits fonctionnels dirigent et influencent les processus sol-plantes. Le ruissellement et l'érosion concentrés, causes principales de la dégradation des sols, peuvent être contrôlés par des végétations herbacées qui créent une rugosité hydraulique induisant la réduction de la vitesse des flux de ruissellement et la rétention des sédiments. L'approche des traits, plutôt que taxonomique, permet de comprendre et caractériser les effets directs de la végétation sur le ruissellement et la rétention des sédiments. Ce projet de recherche vise à approfondir les connaissances vis-à-vis des effets (i) des traits fonctionnels (Chapitre 1), (ii) de la complémentarité des traits (Chapitre 2), et (iii) de la diversité fonctionnelle (Chapitre 3) sur les écoulements concentrés et la rétention des sédiments afin d'évaluer l'efficacité et le design de haies herbacées pour réduire les impacts de l'érosion des sols dans les bassins versants limoneux d'Europe. Parmi les combinaisons de traits principaux identifiées comme augmentant la rugosité hydraulique (densité et diamètre des tiges, et densité et surface foliaire), certains traits sont négativement corrélés. Un meilleur effet pourrait donc être atteint au sein d'assemblage d'espèces par un effet complémentaire des traits. Cependant, des effets non-additifs des diversités en espèces et fonctionnelle ont été trouvés, chacun généré par un effet dominant des traits dans les communautés testées. Ces effets des traits et de la diversité fonctionnelle sur la rugosité hydraulique et la rétention des sédiments constituent une nouvelle avancée dans la compréhension des effets de l'assemblage des traits sur les processus d'écoulement et d'érosion des sols ainsi qu'une base pour le design et la modélisation des haies herbacées pour le contrôle du ruissellement et de l'érosion. / Plant-soil processes are driven and influenced by plant functional traits in vegetation communities. Concentrated runoff and erosion constitute the main cause of soil degradation and can be managed by herbaceous vegetation creating hydraulic roughness that induces flow velocity reduction and sediment retention. Using plant trait-based approach, unlike taxonomical approach, allows to understand and characterise the direct effects of the vegetation on runoff and sediment retention. This research project aims to deepen the knowledge regarding the effects of (i) plant functional traits (chapter 1), (ii) traits' complementarity (chapter 2) and (iii) functional diversity (chapter 3) on concentrated runoff and sediment retention processes, in order to evaluate the efficiency and design of herbaceous hedges to reduce the impacts of soil erosion in loamy European agricultural catchments. The identification of the main efficient traits and traits' combinations towards hydraulic roughness increase (stem density, diameter, leaf area and density) highlighted negatively correlated traits, suggesting that a trade-off could be reached within a plant species assemblage through a complementarity effect of the traits. However, non-additive effects of plant species diversity and functional diversity were found, both driven by dominant traits in the community. The effects of traits and functional diversity on the hydraulic roughness and sediment retention constitute a new advance in the understanding of plant trait assemblage on runoff and soil erosion processes and a baseline for the design and modelling of herbaceous hedges for runoff and erosion control.

Les cuvettes du Damagaram Est (Sud-Est du Niger), sources importantes de productions alimentaires et de revenus, sont sujettes à ensablement par des sédiments éoliens. L’amplification du phénomène de la désertification au Sahel a exacerbé ce processus. L’objectif de ce travail, effectué au Nord-Ouest de Gouré, est d’évaluer l’impact de l’occupation du sol sur l’activité éolienne et l’ensablement des cuvettes d’une part, et d’autre part de tester l’efficacité d’une technique de fixation de dunes en terme de réduction des flux éoliens et de restauration écologique. Pour atteindre ces objectifs, nous avons suivi pendant 3 ans les caractéristiques du vent et l’activité éolienne ainsi que mesuré les flux de sédiments éoliens en relation avec l’évolution de la biomasse végétale. Les résultats obtenus ont montré que l’érosion éolienne sur les pâturages suit une dynamique saisonnière marquée, principalement en relation avec la dynamique temporelle de la hauteur de rugosité aérodynamique (Z0). Cette dynamique est due à l’impact de la pluviométrie et des activités pastorales et anthropiques sur la végétation herbacée. Les pâturages sur sols sableux apparaissent comme des zones potentielles de déflation au cours de la deuxième moitié de la saison sèche et pourraient ainsi contribuer à l’ensablement des cuvettes. Les tempêtes observées dans la première moitié de la saison des pluies au Sahel sont responsables d’une mobilisation importante de sédiments éoliens. L’analyse physico-chimique de ces sédiments montre globalement que les proportions de limons et d’argiles augmentent au détriment de la proportion de sables quand la hauteur de collecte augmente. Ceci s’accompagne d’un enrichissement important en nutriments (N, P, K) et en carbone. Les bilans de masse au niveau parcellaire sont globalement positifs, indiquant un apport net de sédiments, de nutriments et de carbone. Cependant, les incertitudes liées à ces bilans de masse sont très élevées. Si ces résultats semblent donc indiquer l’existence de sources de sédiments extérieures à la parcelle dans le contexte de cette étude, ils ne peuvent être interprétés comme preuve de l’absence d’érosion sur les sols dunaires à vocation pastorale. L’emploi de palissades antiérosives à base de Leptadenia pyrotechnica s’est révélé être une technique très efficace de fixation mécanique de dunes vives en zone semi-aride, permettant de réduire de plus de 95% les flux dès la première année. Elle entraîne la reprise des herbacées, tant en quantité qu’en diversité des espèces. Cette végétation renforce progressivement l’action anti-érosive. Cette technique constitue de ce fait une méthode adéquate de restauration des dunes dégradées en condition de non pâture. / The “cuvettes” of Eastern Damagaram (South-Eastern Niger), which are an important source of food and revenue, are being silted up by aeolian sediment. The amplification of the desertification phenomenon in the Sahel is exacerbating this process. The objective of this research, carried out to the North-West of Gouré, was to evaluate the impact of land use on the aeolian activity and the silting up of the cuvettes on the one hand, and on the other hand to evaluate the effectiveness of a dune fixation technique in terms of flux reduction and ecological restoration. To achieve these objectives, the wind characteristics and the aeolian activity were monitored for three years and we measured the sediment fluxes in relation to the development of the herbaceaous cover. It was shown that sediment fluxes on pasture land follow clear seasonal dynamics related to the temporal dynamics of the aerodynamic roughness length (Z0). These dynamics are due to the impact of rainfall as well as pastoral and human activities on the herbaceous vegetation. Pasture land on sandy soils appears to be a potential source of sediment during the second half of the dry season and may therefore contribute to silting up of the cuvettes. The dust storms observed during the early part of the rainy season in the Sahel are responsible for an important mobilization of aeolian sediment. The physico-chemical analysis of the sediment indicates an increase in the clay and silt content relative to the sand content as the height increases above ground. This goes together with an enrichment in nutrients (N, P, K) and carbon. The mass balances at plot level are positive overall, thereby indicating a net addition of sediment, nutrients and carbon. However, the uncertainty associated with these mass balances is very high. Although the results seem to indicate the existence of external sources of sediment in the present study, they cannot be interpreted as a definite proof of the absence of erosion on grazed dune soils. The use of windbreaks made of Leptadenia pyrotechnica proved to be a very effective mechanical dune fixation technique, reducing sediment fluxes by more than 95% as off the first year. The windbreaks resulted in a progressive recovery of the herbaceous cover, both in quantity and species diversity. The herbaceous cover reinforced the anti-erosive effectiveness of the windbreak. This technique therefore constitutes an adequate method for the restoration of degraded dunes under zero grazing conditions.

La restauration des milieux d'altitude dégradés se déroule dans des conditions où à la fois la végétation, le sol et le relief ont été profondément perturbés. En conséquence, la restauration échoue souvent à rétablir une structure et un fonctionnement proche de celui des écosystèmes naturels. Même si en montagne, il est reconnu que la végétation s'organise en fonction des variations du relief, les mécanismes en jeu restent méconnus. <br />C'est pourquoi afin de gérer au mieux l'installation et le maintien de la végétation, nous proposons un modèle explicatif qui relie les contraintes imposées par le relief à des caractéristiques adaptatives du fonctionnement des plantes. La mesure de traits fonctionnels des plantes, aux différents stades de leur vie, nous permet de déterminer ces caractéristiques. D'autre part, nous supposons que le relief induit une variation des contraintes climatiques, édaphiques, des interactions biotiques (compétition, prédation) mais aussi des contraintes liées aux processus gravitaires (érosion-sédimentation). Les études sont conduites dans le subalpin (la Plagne, Alpes du Nord) et le montagnard (le Saignon, Hautes Alpes).<br />La première partie met en évidence une variation des traits biologiques des plantes impliqués dans la gestion des ressources, la réponse au pâturage et la régénération, en fonction d'un gradient méso-topographique. Celui ci détermine effectivement le régime des températures, les durées d'enneigement, les niveaux de ressources du sol et la fréquentation par les herbivores.<br />La deuxième partie analyse les traits des plantes en relation avec les processus gravitaires. La pente détermine ainsi des mécanismes de dispersion des graines à la surface du sol. L'ampleur de ces déplacements va dépendre de la forme des graines, relative aux espèces, et de l'existence de pièges sur le sol. Ces pièges sont soit des accumulations de sédiments générés par la présence d'obstacles végétaux, soit des empreintes de sabots laissées par les grands herbivores.<br />Les études réalisées dans la troisième partie, indiquent que ces mêmes pièges favorisent le recrutement des plantes. Cependant l'identification des plantules révèle que les graines ont été piégées différemment selon leur forme. Par ailleurs, une expérimentation met en évidence que la germination et la croissance des plantules constitue un trait de réponse déterminant pour la ségrégation des espèces dans les communautés en fonction de la nature des substrats géologiques.<br />Enfin, la quatrième partie, analyse les traits des espèces en relation avec leur capacité compétitive, et montre par la modélisation et l'expérimentation que la distribution des plantes dans les communautés est liée à la disponibilité en ressource du sol et aux traits d'utilisation et de gestion de celle ci (surface spécifique foliaire, taille). <br />En synthèse, l'étude se conclu par un essai d'éco-géomorphologie appliquée aux milieux d'altitude. Ce modèle enrichit la relation traits/environnements et espèces/habitats en reliant les traits de réponse et les traits d'effets des plantes aux processus géomorphologiques, et éclaire sur la création de nouvelles niches dans les milieux restaurés. Ce modèle offre une nouvelle grille d'analyse des milieux naturels et un outil de prédiction pour la restauration des milieux d'altitude.

Le fractionnement de quatre biomasses herbacées modèles présentes ou cultivées dans l’estuaire de la Loire est étudié pour la production d’agrofibres adaptées à leur usage dans les matériaux composites écoconçus pour la construction. Les biomasses caractérisées chimiquement et physicochimiquement sont traitées par trois technologies de complexité croissante : le broyeur à marteaux permettant une fragmentation transversale et longitudinale radiale, le défibrage mécanique orientant les contraintes de façon longitudinale radiale et tangentielle, et le défibrage thermomécanique permettant un raffinage à l’échelle de la fibre élémentaire. Le Foin des Marais, modèle de mélange d’herbacées composé de tiges portant des feuilles, endémiques de prairies mésohygrophiles, est une source d'agrofibres cellulo-hémicellulosiques peu lignifiées (ratio cellulose/hémicelluloses/lignines 50/40/10) présentant un très fort taux de composés hydrosolubles (17 à 27% de MS), très hydrophiles (ratio liquide/solide à saturation L/Ssat entre 5,2 et 9,7), relativement fines (facteur de forme L/D >10) et de petites dimensions (moins de 5 cm) permettant l’obtention d’une grande gamme de densité de mats (37 à 112 kg/m3) et ayant une bonne aptitude à l’auto-assemblage sous contrainte. La Rouche, modèle de mélange d’herbacée composés de feuilles ayant des tiges, endémique de prairies hygrophiles, est une source d'agrofibres cellulo-hémicellulosiques peu lignifiées (ratio 50/40/10) présentant un fort taux de composés hydrosolubles (16% de MS), hydrophiles (L/Ssat entre 4,1 et 10,7), fournissant une large gamme de morphologie d’agrofibres allant jusqu’à 13cm de long pour des L/D de 100, formant des mats de 32 à 121 kg/m3, et ayant une bonne aptitude à l’autoassemblage. La Canne de Roseau (Phragmites australis), modèle de tiges creuses rigides, endémiques des bas marais, est une source d'agrofibres rigides beaucoup plus lignifiées (ratio 50/30/20) contenant peu de composés hydrosolubles (6 à 8% de MS), thermostables jusqu’à 220°C et relativement peu hydrophiles (L/Ssat de 3,4) si elles ne sont pas trop déstructurées, ne générant que de agrofibres courtes (moins de 5 cm) et de faible finesse (L/D <15). Les tiges de Mélilots jaune et blanc (Melilotus officinalis et Melilotus alba), dicotylédones à croissance secondaire adaptée à la culture sur les terrains de l’estuaire de la Loire, s’est avéré produire deux classes d’agrofibres. La première est composée d’agrofibres longues, extractibles du cortex de la tige, souples et essentiellement cellulosiques (ratio 75/15/10) pouvant aller jusqu’à 16cm de long (L/D>100), formant des mats de 38 à 42 kg/m3; la seconde classe d’agrofibres macroporeuses courtes et rigides extractibles du bois, beaucoup plus lignifiées (ratio 65/15/20), ayant très peu d’extractibles (2 à 3% de MS), et peu hydrophiles (L/Ssat entre 2,5 et 2,8). Un nouveau procédé d’extraction d’agrofibres longues (dm à cm) courtes (cm à mm), et ultra courtes (mm à μm) est développé. Des agrofibres sélectionnées sont mises en oeuvre avec de la colle de caséine dans des agrocomposites basse densité type blocs isolants thermiques (40 à 82 mW/m*K) et phoniques (indice d'affaiblissement sonore entre 0,18 et 1,2 dB(A)/mm) ; avec de la colle d’os dans des agrocomposites haute densité type panneaux de particules et de fibres (D jusqu’à 1,3 g/cm3, Eflexion jusqu’à 3,9 GPa et σmax flexion jusqu’à 39 MPa) ; ainsi qu’avec une matrice thermoplastique recyclable (PP+PPMA) chargées jusqu’à 40% en agrofibres et présentant une tenue mécanique jusqu’à 5 fois plus élevée en traction et en flexion. Parallèlement, les graines de Mélilots sont caractérisées, et se révèlent être riche en protéines (31 à 32% de MS) et avoir un fort potentiel en fraction extractible aqueuse (34 à 36% de MS) contenant des galactomannanes. Le raffinage de cette agroressources a été entrepris en vue de l'obtention de liants pour des agrocomposites. / The fractionation of four Loire estuary herbaceous biomasses models, endemic or cultivated, have been studied for their agrofibre production potential and adapted for their use in composite materials for ecodesigned construction. Chemically and physicochemically characterized biomasses have been processed by three increasingly complex technologies: hammer-mill that provides transversal and radial longitudinal fragmentation, mechanical defibration orienting the constraints in radial and tangential longitudinal way, and thermomechanical defibration that provides a refining at the scale of elementary fibre. Hay of Swamps, a herbaceous model made of a mix of stem bearing leaves, endemic of mésohygrophile land, is a source of few lignified cellulo-hemicellulosic agrofibres (50/40/10 ratio cellulose/hemicelluloses/lignin) with a very high rate of water-soluble compounds (17 to 27% of DM), very hydrophilic (saturation liquid/solid ratio L/Ssat between 5.2 and 9.7), relatively thin (shape factor L/D >10) and small size (less than 5 cm) allowing mats with large density range (37 to 112 kg/m3) with good self-assembling properties. Rouche, a herbaceous model made of a mix of leaves with stem, endemic of hygrophile land, is a source of little lignified cellulo-hemicellulosic agrofibres (50/40/10 ratio) with a high rate of water-soluble compounds (16% de DM), hydrophilic (L/Ssat between 4.1 et 10.7), producing a large agrofibres morphology range, up to 13cm long and L/D to 100, and allowing mats with density of 32 to 121 kg/m3, with good self-assembling properties. Reed (Phragmites australis), stiff hollow stems model, endemic of low-marsh, is a source of highly lignified stiff agrofibres (50/30/20 ratio) with a low rate of water-soluble compound (6 to 8% of DM), thermostable up to 220°C and relatively little hydrophilic (L/Ssat= 3.4) if they are not too much destructured, producing only short agrofibres (less than 5 cm) with low thinness (L/D <15). Yellow and white sweet clovers stem (Melilotus officinalis and Melilotus alba), secondary growth dicotyledon able to be cultivated on estuary land, provides two kinds of agrofibre. The first kind is stem cortex extractable long agrofibres, flexible and primarily cellulosic (75/15/10 ratio) up to 16cm long (L/D>100 and allowing light mat with density of 38 to 42 kg/m3. The second kind is secondary xylem extractable macroporous short and stiff agrofibres, highly lignified (ratio 65/15/20), with a very low rate of water-soluble compounds (2 to 3% of DM), and little hydrophilic (L/Ssat between 2.5 and 2.8). A new extraction process of long (from decimetric to centimetric length), short (from centimetric to millimetric length), and ultra-short (from millimetric to micrometric length) agrofibres had been developed. Selected agrofibres are processed with casein glue in low density agrocomposites such as insulating material (40 to 82 mW/m*K and sound reduction factor between 0.18 to 1.2 dB(A)/mm) ; with bones glue in high density agrocomposites such as particle board and fibreboard (D until 1.3 g/cm3, Eflexion until 3.9 GPa et σmax flexion until 39 MPa) ; thus with a recyclable thermoplastic matix (PP+PPMA) loaded until 40% of agrofibres, having a tensile and flexure mechanical strength almost 5 time higher. In parallel the sweet clover seeds had been characterized, and demonstrate to be rich in proteins (31 to 32% of DM) and to have a great potential in being water-extractable (34 to 36% of DM) containing, among other, galactomannans. The refining of this agroresources has been undertaken in the development of new binding materials for agrocomposites.

L’assemblage des espèces (leurs présences/absence) dans une communauté naturelle est la conséquence de plusieurs mécanismes de filtrage réalisés par l'environnement. Parmi ces filtres, le filtre abiotique sélectionne les espèces capables de tolérer les conditions environnementales locales. La variation de la disponibilité de l'eau dans le sol est l'un des principaux gradients environnementaux selon lesquels les espèces végétales sont différemment réparties. Considérant l’hypothèse que les traits fonctionnels et leurs relations sont hiérarchisées, les préférences d’habitat des espèces le long de gradients environnementaux devraient être déterminées par une combinaison de traits physiologiques et morpho-anatomiques hiérarchisés. Au cours de ce doctorat, mon objectif général est d'identifier les traits fonctionnels morphologiques, anatomiques et physiologiques de tolérance à la sécheresse qui peuvent prédire la présence des espèces le long d'un gradient d’hydrologie des sols. Plus spécifiquement, nous cherchons à savoir : (i) Quels sont les traits physiologiques qui reflètent le mieux la tolérance à la sécheresse ? (ii) Quelles sont les relations entre les traits morpho-anatomiques et les traits physiologiques de tolérance ? (iii) Quels sont les traits morpho-anatomiques en conditions optimales permettant de prédire la tolérance des espèces herbacées à la sécheresse ? (iv) Quelles formes ont les relations qui existe entre les traits morpho-anatomiques de tolérance en condition optimale et la présence des espèces en cas de sécheresse ? (v) Peut-on prédire les présences des espèces en cas de sécheresse à partir de leurs traits morpho-anatomiques? Nos résultats montrent (1) qu’il est possible de prédire la distribution des espèces sur un gradient d’hydrologie des sols à partir de cinq traits physiologiques de tolérance à la sécheresse. Ces cinq traits sont la photosynthèse nette maximale, la conductance stomatique maximale, le potentiel hydrique du sol au point de flétrissement, la conductance stomatique au point de flétrissement et l’efficacité d’utilisation de l’eau au point de flétrissement. Nous avons montré que (ii) les traits physiologiques de tolérance à la sécheresse sont prédits par les traits morpho-anatomiques en conditions optimales (surface spécifique foliaire, teneur en matière sèche des feuilles, teneur en azote foliaire, longueur spécifique racinaire et surface stomatique). (iii) Les traits morpho-anatomiques seuls ne sont pas de bons prédicteurs de l’hydrologie des espèces et (iv) que la séquence « traits morpho-anatomiques → traits physiologiques → hydrologie des espèces » donne les meilleures prédictions. Cependant, (v) le modèle ne donne pas de prédictions fiables si l’on utilise des traits morpho-anatomiques mesurés en conditions naturelles. Ces résultats confirment, au moins partiellement, l’hypothèse que la distribution des espèces sur un gradient hydrologiques peut être prédite à partir de leurs traits de tolérance à la sécheresse eux-mêmes prédits par leurs traits morpho-anatomiques. En résumé, nous avons utilisé une approche fonctionnelle en construisant un modèle causal prédictif qui nous a permis de nous intéresser aux mécanismes de filtrage environnementaux et plus précisément au rôle de la niche hydrologique des espèces dans l’assemblage des communautés végétales. / Abstract : Species assembly (their presence/absence) in a natural community is the consequence of several filtering mechanisms made by the environment. Among these filters, the abiotic filter selects species able to tolerate local environmental conditions. Variation in water availability in the soil is one of the main environmental gradients according to which plant species are differently distributed. Considering the hypothesis that functional traits and their relationships are hierarchical, habitat preferences of species along environmental gradients should be determined by a combination of hierarchical physiological and morpho-anatomical traits. During this PhD, my overall goal is to identify morphological, anatomical and physiological drought tolerance functional traits that can predict the presence of species along a soil hydrology gradient. More specifically : (i) What are the physiological traits that best reflect drought tolerance? (ii) What are the relationships between morpho-anatomical traits and physiological traits of tolerance? (iii) What are the optimal morpho-anatomical traits for predicting tolerance of herbaceous species to drought? (iv) What forms of relationships exist between optimal morpho-anatomical traits of tolerance and the presence of species in drought condition? (v) Can the presence of species in drought condition be predicted from their morpho-anatomical features? Our results show (1) that it is possible to predict the distribution of species on a soil hydrology gradient from five physiological traits of drought tolerance. These five traits are maximum net photosynthesis, maximum stomatal conductance, water potential of the soil at the wilting point, stomatal conductance at the wilting point, and efficiency of water use at the wilting point. We have shown that (ii) the physiological traits of drought tolerance are predicted by optimal morpho-anatomical traits (leaf area, leaf dry matter content, leaf nitrogen content, root length and stomatal surface). (iii) Morpho-anatomical features alone are not good predictors of species hydrology and (iv) the sequence “morpho-anatomical traits  physiological traits  species hydrology” gives the best predictions. However (v) the model does not provide reliable predictions using morpho-anatomical traits measured under natural conditions. These results confirm, at least partially, the hypothesis that the distribution of species on a hydrological gradient can be predicted from their drought tolerance traits themselves predicted by their morpho-anatomical features. In summary, we used a functional approach by constructing a predictive causal model that allowed us to focus on environmental filtering mechanisms and more specifically on the role of the species hydrological niche in assembling plant communities.