La valeur potentielle des agro-forêts tropicales comme modèle d'intensification écologique de l'agriculture est un sujet d'intérêt croissant. Les agro-forêts tropicales sont des agroécosystèmes caractérisés par une forte diversité végétale et une diversité d'organisation spatiale des individus. Les structures complexes de ces agroécosystèmes en font des systèmes « proches » des écosystèmes naturels. Cette complexité améliorerait la fourniture de nombreux services écosystémiques. Dans ce travail, nous nous sommes intéressés au service de régulation naturelle des bio-agresseurs des cultures. Notre hypothèse est que la complexité de structure (composition et structure spatiale) des agro-forêts influence la présence et l'intensité d'attaque des bio-agresseurs de la culture principale. En effet, l'augmentation de la diversité végétale à l'échelle de la parcelle diminuerait l'intensité d'attaque de bio-agresseurs spécialistes via la diminution de l'abondance de la ressource. Inversement, cette diversité amplifierait celle des bio-agresseurs généralistes via l'introduction potentielle d'hôtes alternatifs. Une diversité de structures spatiales d'individus associés est aussi susceptible d'influencer le microclimat et par son biais les bio-agresseurs des cultures. Pourtant, l'importance relative de l'effet de la composition (via la dilution ou l'amplification de la ressource) et de la structure spatiale (via l'altération du microclimat) du peuplement végétal sur l'intensité d'attaque de bio-agresseurs a rarement été étudiée. L'objectif de ce travail est de quantifier les interactions entre les caractéristiques de composition et de structure spatiale du peuplement végétal d'agroécosystèmes complexes et l'intensité d'attaque de bio-agresseurs de la culture principale à l'échelle de la parcelle. Ce travail est appliqué aux agro-forêts à cacaoyers du Costa Rica et du Cameroun. En effet, la culture du cacaoyer est l'une des rares encore réalisée traditionnellement au sein d'agro-forêts dans la majorité des pays producteurs. Nous nous intéresserons à trois bio-agresseurs du cacaoyer choisis pour leurs caractéristiques de dissémination et de développement contrastées : au Costa Rica, la moniliose sur un réseau de parcelles installées dans la région de Talamanca ; au Cameroun la pourriture brune et les mirides sur un réseau de parcelles installées dans la région Centre. Dans un premier temps nous avons construit des typologies descriptives des structures spatiales des agro-forêts à cacaoyers du Costa Rica et du Cameroun afin d'identifier la variabilité des structures spatiale des agro-forêts au sein d'une même région. Ces typologies ont permis d'identifier des structures spatiales horizontales variées allant de la régularité à l'agrégation significatives des arbres d'ombrage selon les pays étudiés. Dans un deuxième temps nous avons identifié et hiérarchisé les caractéristiques de composition et de structure spatiale à l'échelle de la parcelle agroforestière qui influencent l'intensité d'attaque de la moniliose au Costa Rica ; et de la pourriture brune et des mirides au Cameroun. La structure spatiale du peuplement végétal joue un rôle prépondérant dans l'ensemble de nos résultats. L'agrégation des arbres forestiers augmente l'intensité d'attaque de la moniliose au Costa Rica et la densité des mirides au Cameroun. La pourriture brune quant à elle augmente lorsque la densité des individus de la strate basse augmente à l'échelle de la parcelle. Pour finir, nous montrons que la quantité de tissus sensible plutôt que la composition en hôte explique l'intensité de la moniliose et la densité en miride. Ces résultats sont discutés en fonction des nombreux mécanismes qui relient la structure de la végétation aux bio-agresseurs et des caractéristiques de ces bio-agresseurs. Notre travail fournit une description précise de la structure d'agro-écosystèmes tropicaux complexes. / The potential value of tropical agroforests as a model for ecological intensification of agriculture is a subject of increasing interest. Tropical agroforests are agroecosystems characterized by high plant diversity and a complex spatial structure of individuals. With their forest-like structures, agroforests are close to natural ecosystems. The complex structure of agroforests would seem to improve the provision of numerous ecosystem services.This work concerned natural pest and disease regulation services in complex agroecosystems. Our hypothesis was that complex agroforest structures (composition and spatial structure) influence the pest and disease attack intensity on the main crop. Indeed, an increase in plant diversity in agroecosystems is known to reduce specialized pest and disease attack intensity due to a decrease in resource abundance and density on a plot scale. Conversely, plant diversity could increase the generalist pest and disease attack intensity due to the potential introduction of alternative hosts. Moreover, diversity in plant spatial structure has an impact on microclimatic conditions and, thereby, on the pest and disease attack intensity. However, the relative importance of host composition effects on pest and disease intensity, due to resource dilution or amplification, and plant spatial structure effects, due to microclimatic alteration, is still unknown.Our objective was to quantify interactions between the composition and spatial structure characteristics of agroforests and the pest and disease attack intensity on a plot scale.This work was applied to cacao agroforests in Costa Rica and Cameroon. Indeed, cacao is one of the last crops still to be grown in traditional agroforests in the majority of producing countries. The study was conducted on two cacao diseases and one pest chosen for their contrasting spread and development characteristics: in Costa Rica, Frosty Pod Rot (FPR) intensity was studied in cacao agroforests in the Talamanca region; in Cameroon, Black Pod (BP) intensity and mirid density were studied in cacao agroforests in the Centre region.Firstly, we established shade tree spatial structure typologies for cacao agroforests in Costa Rica and Cameroon, in order to identify spatial structure diversity in the same region. A diversity of spatial structures was identified ranging from significant regularity to significant aggregation, depending on the shade tree stand and country studied.Secondly, we identified and classified the host composition, amount of sensitive tissue and the spatial structure characteristics of the associated plants, according to their explanatory power in explaining FPR intensity, BP intensity and mirid density in cacao agroforests. The spatial structure of the associated plants was a crucial characteristic of agroforests in explaining FPR and BP intensity and mirid density. Indeed, forest tree regularity decreased FPR intensity in Costa Rica and mirid density in Cameroon. The BP intensity was reduced by a decrease in the density of individuals belonging to strata lower than or equal to the cacao tree stratum. Lastly, the amount of sensitive tissue rather than the host composition variables explained the increase in FPR intensity in Costa Rica and the mirid density in Cameroon. Our results are discussed in line with several mechanisms that explain plant diversity and pest and disease relationships.Our work provides a precise description of complex tropical agroecosystem structures. We quantified the relationship between observed plant structures and the pest and disease regulation ecosystem service. In the context of agroecology, this work opens up prospects for identifying and understanding ecological mechanisms involved in natural pest and disease regulation in cacao agroforests on a plot scale.

Le phénomène d'îlot de chaleur urbain engendre de l'inconfort thermique auprès des habitants. Améliorer le microclimat en zone urbaine est donc l'une des préoccupations des aménageurs. La végétalisation des villes s'avère une solution prometteuse, car l'évapotranspiration des plantes etles ombres portées des arbres ont un impact significatif sur le bilan thermique de l'atmosphère alentour. Un défi majeur aujourd'hui est le développement d'un modèle de simulation microclimatique capable de reproduire les conditions climatiques d'une rue, voire d'un quartier urbain végétalisé, dans l'objectif de proposer un outil d'aide à la décision pour l'aménagement des villes durables. L'objectif de cette thèse est d'étudier comment prendre en compte la végétation et plus particulièrement les arbres, dans un modèle microclimatique 30 afin de simuler le microclimat d'un quartier. Deux modèles, LASER/F et RATP sont appliqués à l'échelle d'un arbre et d'un parc urbain pour mener à bien cette étude. / The urban heat island phenomenon causes thermal discomfort to residents. lmproving the microclimate in urban areas is therefore one of the concerns of urban plan ners. The greening of cities (with lawns, trees, green roofs, etc.) is a promising solution, as the transpiration of plants and the shadows of trees have a significant impact on the thermal balance of the surrounding atmosphere. This act must be planned to optimize the benefits of vegetation. A key challenge today is thus the development of a microclimatic simulation model capable of reproducing the climatic conditions of a street, or even a vegetated urban neighborhood, with the aim of proposinga decision support tool for the development of sustainable cities. The aim of this thesis is to study how to consider vegetation and especially trees, in a 30 microclimatic model to simulate the microclimate of a neighborhood. Two models, LASER/F and RATP were applied at the scale of a tree and an urban park to carry out this study.

L'adaptation des villes au changement climatique constitue un enjeu majeur des politiques d’aménagement. Promouvoir l'intégration des infrastructures vertes et bleues dans l'environnement urbain entant que stratégies d'adaptation implique ainsi de comprendre leurs impacts sur les bilans en eau et en énergie. Un modèle hydro microclimatique,TEB-Hydro, a préalablement été développé en tenant compte du couplage détaillé des deux bilans. Cependant, des études récentes ont mis en cause la représentation des processus hydrologiques en sous-sol urbain. Ainsi, ce travail de thèse consiste à améliorer la composante hydrologique du modèle (drainage de l’eau du sol par les réseaux, écoulements souterrains vertical et latéral). Après calage,une évaluation hydrologique est réalisée sur deux bassins versants urbains de Nantes. Dans les deux cas, le calage fait ressortir la même configuration de simulation, malgré des morphologies différentes, ce qui est encourageant pour des applications du modèle en projection climatique. L’évaluation hydrologique met en avant les paramètres clés du modèle et démontre une amélioration du processus de l’infiltration de l’eau du sol dans le réseau d’assainissement. L’évaluation hydro-énergétique du modèle démontre une représentation satisfaisante des flux de chaleur sensible et latente. Le fonctionnement du modèle vis-à-vis de l’évapotranspiration est discuté via le prisme de la végétation et de la morphologie urbaine. Une première application de TEB-Hydro en contexte de changement climatique permet d’évaluer une méthode statistique existante de désagrégation et soulève la problématique de la représentation de la dynamique pluviométrique dans ce contexte. / Adapting growing cities to climate change is a major challenge in planning policy. Promoting the integration of green and blue infrastructures in the urban environment as adaptation strategies implies understanding their impacts on both the urban hydrological and energy balance. A hydro-microclimate model,TEB-Hydro, was developed previously, taking into account detailed coupling between the two balances. However, first model evaluation studies on different urban catchments have questioned the representation of the hydrological processes in the urban subsoil. This PhD work consists of performing new developments on the models hydrological component (soil-water drainage by sewer networks, vertical and lateral subsoil flows). After calibration a hydrological evaluation is performed on two urban catchments in Nantes. In both cases, the calibration brings out the same simulation configuration, despite different catchment related properties. This is encouraging for applying the model on climate projection. The hydrological evaluation highlights the model key parameters as well as shows improvements concerning sewer soilwater infiltration processes. In addition, a hydro-energetic evaluation shows a satisfactory representation of sensible and latent heat fluxes. The model operation vis-à vis evapotranspiration processes is discussed through vegetation and urban morphology. A first application of TEB-Hydro in climate change context enables evaluating an existing statistical disaggregation method as well as raises the problematic in representing rainfall dynamics for climate projection purposes.

La grotte de Lascaux (inscrite au patrimoine mondial de l’UNESCO et l’une des plus connues au monde) nécessite, dans le cadre de sa conservation et suite aux aléas subis depuis sa découverte, une attention particulière tant pour elle-même que pour son environnement. L’utilisation d’une méthode géophysique, la Tomographie de Résistivité électrique (TRE) qui est une méthode non intrusive par excellence, est donc proposée pour la reconnaissance du milieu karstique l’environnant.Un suivi temporel par TRE a été mise en oeuvre pour caractériser l’amont hydraulique de la grotte et surveiller la variation temporelle de la résistivité des terrains. A l’aide d’analyses statistiques, et en couplant les données microclimatiques aux résultats d’un suivi temporel de vingt-deux mois, nous avons montré la capacité de ce type de mesures à caractériser l’environnement épikarstique de la grotte, particulièrement les zones d’alimentation et celles permettant l’infiltration des eaux pluviales. Une modélisation du débit d’un écoulement situé à l’entrée de la grotte est proposée à partir des données de résistivité dans la zone d’alimentation identifiée au cours du suivi. Ce modèle a la capacité de prédire les arrêts et les reprises des écoulements dans la grotte, éventuellement des évènements journaliers.A partir des données de résistivité issues d’une prospection 3D du site, des modélisations géostatistiques par krigeage ordinaire et par indicatrice ont été effectuées permettant des représentations spatiales en fonction de la résistivité des terrains. Ces modèles se sont révélés extrêmement instructifs par l’imagerie de l’environnement karstique de la grotte de Lascauxqui en a résulté. Les limites des formations détritiques et des calcaires sont identifiées à l’est et l’ouest du site. A l’intérieur des calcaires, on retrouve, bien sûr, les anomalies conductrices déjà identifiées au cours du suivi temporel mais aussi leur extension spatiale. Ainsi, on a pu mettre en évidence la continuité spatiale de certaines anomalies.Le suivi temporel par TRE a permis la compréhension de la structure et du fonctionnement de l’alimentation de l’épikarst. Les modèles géostatistiques 3D ont montré leur efficacité pour la caractérisation de l’environnement de la grotte. Les résultats aideraient à proposer des conseils pour la protection du milieu environnant la grotte et ainsi pour la préservation de cette dernière. / The Lascaux cave, one of the most important prehistoric caves in the world, located in Dordogne (24, France) needs particular attention both for itself and for the environment interms of conservation and vulnerability since its discovery. Geophysical methods in particular Electrical Resistivity Tomography (ERT) enable us, in a non-invasive way, to monitor the karsticenvironment.A Time-Lapse monitoring by ERT was carried out next to the cave. Together with analysis of the local effective rainfall (ground water recharge) and the flow in the cave, the monitoringhelped us to identify an area where upstream underground water is probably stored e.g. arecharge zone. There is a large electrical contrast between the surrounding limestone and theprobable recharge zone. Then, a multivariate analysis through the resistivity values allowed usto characterize the model blocks, showing a specific behavior over time, especially the blockswith the lowest electrical resistivity. A prediction model of the flow in relation with the recharge zone succeeded to predict the beginning and the end of flow, even the daily event withextremely high value of flow.In order to visualize the environment in 3D condition, a geostatistical modelling was then applied to the resistivity values. The geostatistical models can emphasize the limit betweenthe limestone promontory and the clayey/sandy formations to the east/west part of the site. In the limestone promontory, the models also showed the possible connection between theanomalous conductive areas that may have a special consequence in this karstic environment.The Time-Lapse monitoring by ERT allows us to understand the karstic structures andrecharge phenomena. The 3D geostatistical modeling showed efficiency for the characterization of the cave environment. Those results can help to provide advices for the cave preservation.

L’occupation du sol en zone forestière de Yangambi dans la Cuvette centrale congolaise (RDC) change rapidement et la fragmentation forestière liée à l’agriculture itinérante sur brûlis est devenue l’un des processus dominant la dynamique paysagère. La présente étude s’est fixée comme objectif de suivre une approche microclimatique en transects pour déterminer la zone de lisière entre les jachères herbeuses et les forêts denses, et ce, afin de mieux comprendre les réponses des propriétés physico-chimiques du sol aux changements d’occupation du sol et à la fragmentation forestière. Deux zones les plus appréciées par les paysans pour leurs exploitations agricoles ont été choisies en fonction des unités pédologiques existantes :la série Yangambi et la série Yakonde. Des échantillons non perturbés du sol de 0-10, 10-20 cm, 20-30 cm et perturbés de 0-20 cm ont été prélevés dans les différentes occupations de sols après la détermination de la zone de lisière. Notre démarche a consisté à comparer les propriétés de sols identiques au plan de leur pédogenèse, sous jachère herbeuse, sous lisière et sous couvert forestier, de façon à quantifier l’effet de lisière sur les propriétés des sols, pour mieux connaître les conséquences édaphiques de la fragmentation des forêts par l’agriculture itinérante sur brûlis. <p>Les résultats obtenus ont montré que la zone de lisière entre les jachères et les forêts denses a une largeur de 70 m pour la série Yangambi et 68 m pour la série Yakonde. Les variations microclimatiques de la lisière en terme de température de l’air, sont intermédiaires (moyenne, minima et maxima) entre celles des jachères herbeuses et des forêts denses. La fragmentation des forêts par l’agriculture itinérante sur brûlis modifie profondément les propriétés physico-chimiques de sols dans les couches superficielles. Un des effets de changements d’occupation du sol et de la fragmentation est la présence d’horizons superficiels à texture sableuse au niveau des jachères herbeuses et des lisières forestières. La densité apparente et la conductivité hydraulique ont subit une importante dégradation sous les jachères herbeuses. A l’inverse, la lisière forestière assure une bonne structure conservatrice du sol (faible densité apparente et bonne conductivité hydraulique). Le sol des forêts denses présente des bonnes propriétés physiques et de ce fait, est pris comme référence à partir duquel les effets de dégradation physique du sol peuvent être appréciés. <p>Le potentiel chimique du sol (pH, phosphore assimilable, le taux de saturation en bases et la CECE) est meilleur au niveau des jachères herbeuses et des lisières forestières par rapport aux forêts denses suite à la pratique du brûlis qui permet de restituer au sol une fraction de la minéralomasse forestière par les cendres. Les teneurs en carbone et azote totaux du sol ont été significativement plus élevées sous les lisières forestières que sous les jachères herbeuses et les forêts denses. Les résultats de l’indice de Kamprath ont montré que, les lisières, en plus de contribuer à l’accroissement de carbone organique du sol, tendent à diminuer la toxicité aluminique de sols étudiés. A l’inverse, l’étude a mis en évidence une toxicité aluminique plus élevée sous la jachère herbeuse de la série Yangambi que sous la lisière. En parallèle, nous avons observé une baisse des teneurs en fer sous toutes les jachères et les lisières forestières. <p>Les pratiques de jachères cultivées et d’agroforesterie s’avèrent incontournables pour enrichir ces sols en matière organique, limiter l’érosion liée au brûlis afin de freiner le lessivage des nutriments, éviter le compactage du sol et assurer le maintien à long terme d’une bonne structure conservatrice du sol.<p><p>In the forest zone of Yangambi, located in the Central Congo Basin (DRC), land use is changing rapidly and forest fragmentation due to slash and burn agriculture has become one of the dominant processes of landscape dynamics. This study's main goal is to apply a microclimatic approach in transects to determine the edge area between the fallow grasslands and dense forests, and, in order to better understand the responses of the soil physico-chemical properties to changes in land use and forest fragmentation. Two most popular areas used by farmers have been selected on the basis of the existing soil units: the Yangambi and Yakonde series. Undisturbed soil samples at depths of 0-10 cm, 10-20 cm, 20-30 cm and the disturbed at 0-20 cm were collected from different the land use types after detecting the edge area. Our approach was to compare the properties of identical soils based on their genesis, under grass fallow, edge and forest cover, so as to quantify the effect of edge on the soil properties, to better understand the edaphic consequences of the forest fragmentation by slash and burn shifting cultivation. <p>The results showed that the edge area between fallow and dense forests has a width of 70 m for the Yangambi series and 68 m for the Yakonde series. Microclimatic variations of the edge in terms of air temperature are intermediate (average, minimum and maximum) between grass fallows and dense forests. The fragmentation of forests by slash and burn shifting cultivation profoundly modifies the physico-chemical properties of soils in the surface layers. One of the effects of changes in land use and fragmentation was the presence of surface layers with more sandy texture in the fallow grassland and forest edges. Bulk density and hydraulic conductivity undergo an important degradation under grass fallows. In contrast, the forest edge ensures a maintenance of the soil structure (low bulk density and good hydraulic conductivity). Dense forest soil has thus good physical properties and therefore is taken as the reference from which the effects of soil physical degradation can be appreciated. <p>The chemical potential of the soil (based on pH, available phosphorus, base saturation and CECE) is better in the grass fallows and forest edges compared to dense forests due to the practice of slash and burn which allows restoration by adding nutrients to the soil through the ashes. The carbon and total nitrogen in the soil were significantly higher under forest edges than in fallow grasslands and dense forests. The results of the-Kamprath index shows the edges, in addition to contributing to an increase in soil organic carbon, tend to decrease the aluminium toxicity of studied soils. By contrast, the study revealed a higher aluminium toxicity under fallow grassland on the Yangambi series that under the edge and the forest. In parallel, we observed a decrease in iron contents in all fallow lands and forest edges. <p>The practices of cultivated fallows and agroforestry are proving unavoidable for enriching these soils in organic material, to reduce erosion related to slash and burn in order to curb the leaching of nutrients, to avoid soil compaction and to maintain a long-term well developed soil structure.<p><p> / Doctorat en Sciences agronomiques et ingénierie biologique / info:eu-repo/semantics/nonPublished