Au cours des dernières décennies, le réchauffement climatique a entrainé une arbustation accélérée des écosystèmes arctiques. En modifiant l'albédo, les arbustes influencent la température de l'atmosphère, du manteau neigeux et du pergélisol, ce qui pourrait accélérer la fonte ou le dégel de ces deux derniers et initier de fortes boucles de rétroaction positive qui accentueraient les effets des changements climatiques. L'une des conséquences principales de cette arbustation est la réduction de l'albédo de la neige par les branches qui dépassent du manteau neigeux et en assombrissent la surface. De plus, des interactions complexes entre neige et arbustes d'une part modulent la remobilisation et le transport de la neige par le vent et d'autre part accélèrent la fonte durant les redoux. Ainsi, la présence d'arbustes au sein du manteau neigeux peut affecter les propriétés physiques et optiques de la neige, altérant encore davantage l'albédo de la surface affectée. Enfin, les branches ensevelies dans la neige peuvent également influencer le budget radiatif en absorbant les rayons lumineux car ceux-ci pénètrent généralement à plus de 10 cm de profondeur dans le manteau neigeux. Pour étudier et quantifier les interactions entre la neige, les arbustes et la lumière, nous avons récolté un jeu de données unique qui compare des manteaux neigeux avec et sans arbustes. Pour tous les sites échantillonnés, nous avons mesuré l'albédo spectral in situ et les profils de propriétés physiques de la neige ainsi que d'irradiance. Nous avons récolté ces données dans le bas Arctique, à Umiujaq, Nord du Québec, Canada (56° N, 76° W), au cours de plusieurs campagnes de terrain d'automne et d'hiver. En nous basant sur les données obtenues ainsi que des données de taille et de distribution verticale de branches d'arbustes, nous avons développé et validé une paramétrisation simple mais efficace permettant de modéliser l'albédo de surfaces hétérogènes composées de neige et d'arbustes. Cette nouvelle paramétrisation nous a permis de modéliser l'albédo avec une erreur inférieure à 3 %. Elle peut être utilisée de manière prédictive et est facile à intégrer aux modèles de système terre. L'albédo ainsi modélisé nous a permis d'élucider des processus importants des interactions entre la neige, les arbustes et la lumière. Nous avons trouvé que la réduction de l'albédo par les branches qui dépassent du manteau neigeux dépend de la longueur d'ondes considérée. Tôt durant la saison nivale, les branches diminuent l'albedo de 55 % à 500 nm et 18 % à 1000 nm. En revanche, l'effet des branches sur les propriétés physiques de la neige n'étaient pas suffisamment importants pour affecter l'albédo, sauf lors d'évènements climatiques extrêmes comme les blizzards ou les épisodes de chaleur. Nos résultats suggèrent que l'impact direct de l'assombrissement par les branches est largement supérieur aux effets indirects causés par les changements des propriétés physiques de la neige. Cependant, ces derniers pourraient gagner en importance si les évènements climatiques extrêmes devenaient plus fréquents au fur et à mesure que le réchauffement de l'Arctique s'intensifie. Finalement, nous montrons que l'impact des branches ensevelies sous la neige se traduit surtout par une augmentation de la fonte durant les épisodes de chaleur ainsi que par une intensification des processus métamorphiques tôt dans la saison. Cependant ces impacts étaient extrêmement localisés et restreints à l'environnement très proche des branches. Pour cette raison, il a été difficile de quantifier l'impact des branches ensevelies sur le budget radiatif terrestre, d'autant plus que les concentrations de carbone suie élevées (185 ng g⁻¹) dans le manteau neigeux d'Umiujaq ont accentué l'incertitude quant à l'effet relatif de ces deux processus sur l'albédo. Finalement, comme notre paramétrisation pour modéliser l'albédo a été développée sur la base de données provenant d'un seul site, nous croyons qu'il serait nécessaire de la tester de manière plus générale, avec des données provenant d'autres endroits. De cette manière, elle pourrait ensuite être intégrée aux modèles de surface continentale, ce qui permettrait d'inclure un effet réaliste de l'arbustation actuelle et future de l'Arctique sur les scénarios climatiques locaux et globaux. / Arctic warming is causing an expansion of deciduous shrubs in the Arctic tundra biome. By modifying albedo, shrubs affect the temperature of the atmosphere, snowpack and permafrost, potentially increasing permafrost thawing and snow melting, and forming a powerful feedback to global warming. The most prominent impact of shrubs is a reduction of surface albedo when dark branches protrude above the bright snow surface. Additionally, complex snow-shrub interactions modify snow redistribution during windy conditions and increase snowmelt rates during warm spells. Thus, snow over shrub-covered tundra may have different physical and optical properties, leading to further modification of surface albedo. Finally, shrub branches buried in snow may still have an impact on the radiation budget because they can absorb light rays which generally penetrate deeper than 10 cm into the snowpack. To study and quantify the snow-shrub-light interactions, we collected a unique dataset comparing snowpacks with and without shrubs. For every site sampled, we measured in situ spectral albedo (400–1080 nm) and recorded snow physical properties and irradiance profiles. These data were acquired in a low Arctic site near Umiujaq, Northern Quebec, Canada (56° N, 76° W), during several field campaigns in autumn and winter. Based on these field data and a dataset of branch sizes and vertical distribution, a simple yet accurate parameterization for modeling albedo of mixed snow-shrub surfaces was developed and validated. This new parameterization had an accuracy of 3 %, can be used in a predictive way, and is easy to implement in earth system models. We uncovered important insights on snow-shrub-light interactions. Surface darkening by protruding branches was wavelength-dependent, and decreased albedo early in the snow season by 55 % at 500 nm and 18 % at 1000 nm. Changes in snow physical properties that were significant enough to impact albedo only occurred in conjunction with extreme weather events like after blizzards or during warm spells. Thus, the direct impact of darkening from shrubs likely dominates over the indirect impact from changes in snow physical properties, however the latter may gain in importance if extreme weather events become more frequent as Arctic warming progresses. The impact of buried branches was very localized, increasing snow melting during warm spells and enhancing snow metamorphic processes early in the season in the direct vicinity of branches. However, quantifying the impact of buried branches on the radiation budget was challenging due to their highly localized effect and because of high black carbon concentrations in the snowpack at our study site, which reached 185 ng g-1. We suggest that future research test the parameterization developed here more broadly, as this study was based on data from just one study site. The parametrization can then be implemented into land surface models, allowing for reliable estimates of the effect of current and projected Arctic shrubification on global and regional warming.

Les modèles empiriques simulant le résultat de l'interaction du signal radar sur les cultures agricoles utilisent peu la constante diélectrique foliaire comme paramètre intrant contrairement aux modèles théoriques, à cause de la difficulté à mesurer cette constante diélectrique. Notre projet porte sur la technique et la mesure in situ de la constante diélectrique foliaire. Puis, nous avons évalué le potentiel d'explication de la variation du coefficient de rétrodiffusion d'un signal radar (bande C) sur une culture de maïs par des paramètres tels que la constante diélectrique, l'humidité gravimétrique et l'indice de surface (LAI) des feuilles de maïs. Nos analyses ont démontré que la partie réelle diélectrique foliaire expliquait mieux la variation du coefficient de rétrodiffusion que l'humidité gravimétrique des feuilles de maïs.Les résultats de régression multiple ont conduit à l'élaboration d'un modèle simple, fonction de la partie réelle diélectrique, de LAI et de l'angle d'incidence. Le modèle explique 60 % à 90 % de la variation du coefficient de rétrodiffusion. Cependant, l'observation des résultats indique qu'il manque un terme géométrique fonction de l'angle de visée, par rapport aux rangs de culture, pour la configuration de polarisation VV. La constante diélectrique a été mesurée directement sur les feuilles, sans perturber leur état naturel, à l'aide d'une sonde expérimentale. Le procédé technique étant différent des études antérieures (perturbation de l'état des feuilles), l'intensité des constantes diélectriques mesurées est inférieure à celle des modèles existants. Cela s'explique par la différence d'énergie potentielle de l'eau libre contenue dans l'échantillon, entre les deux états (échantillon perturbé ou non) : c'est-à-dire une variation de la quantité de molécules d'eau disponibles pour interagir avec l'énergie d'excitation du signal radar. Des études futures reliant la constante diélectrique avec l'énergie potentielle de l'eau libre des feuilles permettraient de mieux comprendre le phénomène d'interaction interne du signal radar avec la végétation.

La Presqu’île de Madicaque, située sur la côte sud ouest de la République d’Haïti est couverte d’une végétation sèche, fragmentée à cause des activités d’extraction de bois et de fabrication de charbon. Cette Presqu’île est formée de trois formations calcaires s’élevant jusqu’à 286 mètres d’altitude et séparées par deux bandes d’alluvions marines. Des relevés phytosociologiques et des transects ont permis d’identifier la flore et les groupements végétaux de la Presqu’île. La flore vasculaire est composée de 296 espèces, 214 genres et 80 familles. La microphyllie, le nanisme et le spinescence sont parmi les principales caractéristiques de cette flore. Les familles les plus importantes sont Poaceae, Boraginaceae, Rubiaceae, Verbenaceae, Euphorbiaceae, Celastraceae, Cactaceae et les Légumineuses. Les espèces endémiques d’Hispaniola représentent 19% de cette flore dont la composition est différente dépendant du substrat (sable et calcaire). Sur le sable, la flore est moins épineuse et principalement de distribution pantropicale. La flore calcaire est épineuse, plutôt antillaise et possède presque toutes les espèces endémiques d’Hispaniola trouvées sur la Presqu’île. Un total de 13 groupements végétaux a été identifié dont 3 sont des recrus forestiers issus de l’exploitation de la végétation. Les 10 groupements naturels sont disposés selon une zonation qui part du cordon littoral vers la partie nord de la Presqu’île limitée par un étang salé. Les formations végétales naturelles sur le sable sont communes à toutes les Antilles à l’exception de la forêt basse caractérisée par Collubrina arborescens et Randia parvifolia occupant la majeure partie de la végétation sableuse. Les autres formations sont : la Mangrove (Laguncularia racemosa et Rhizophora mangle), les salines (Salicornia bigelovii et Batis maritima), la plage (Canavalia maritima et Ipomoea pes-caprae) et les zones inondables, sorte de mangrove atypique caractérisée par Conocarpus erectus et Cyperus globulosus. Sur le calcaire, les 4 formations naturelles identifiées sont plus spécifiques et peuvent être considérées comme des associations originales. Ce sont : 1) l’association à Echites umbellata et Caesapinia sphaerosperma formant la broussaille épineuse et microphylle du cordon littoral calcaire. 2) L’association à Cissus carnifolia et Aristolochia leptosticta formant le matorral microphylle sempervirente épineux de la côte au vent. 3) L’association à Pilosocereus polygonus et Capparais ferruginea, qui est la forêt épineuse microphylle semi-caducifoliée sub-côtière occupant l’intérieur et les parties élevées des collines calcaires. 4) l’association à Ocotea coriacea et Coccoloba diversifolia qui est une forêt semi-humide occupant les parties sous-le-vent des collines calcaires. Trois facteurs majeurs influencent la végétation de la Presqu’île. Ce sont le substrat qui détermine la composition floristique, l’activité humaine et les embruns, dont l’impact est fonction de la topographie et de la distance à la mer, qui induisent la disposition des groupements.

La version actuelle du modèle de surface continentale ISBA représente la couche de sol superficiel et la végétation comme un composite dont les propriétés physiques résultent de pondérations entre les propriétés du sol et de la végétation (albédo, rugosité par exemple). Une nouvelle version, ISBA-MEB (Multi-Energy-Balance), représente le sol et la végétation au travers de deux bilans séparés. Ce développement permet notamment une approche plus réaliste de la modélisation des flux au-dessus, dans et sous de la canopée avec un traitement propre à chacune des couches et la prise en compte de nouveaux processus (effet d'ombrage de la canopée sur le sol, transfert radiatif à travers la végétation, interception de la neige par la canopée). Le sol superficiel est lui désormais caractérisé, pour les surfaces forestières, par une couche de litière agissant sur le cycle énergétique comme sur le cycle hydrologique. Pour évaluer l'impact de ces nouveaux développements sur les forêts, quatre sites Français instrumentés sont dans un premier temps utilisés. Le large panel de données disponible permet une évaluation précise permettant de mettre en évidence certaines améliorations apportées par les développements, En particulier sur le bilan d'énergie en réduisant l'amplitude du flux de chaleur par conduction dans le sol et en réinjectant tout ou partie de cette énergie dans le flux sensible, mais aussi sur le bilan d'eau en améliorant le partitionnement de l'évapotranspiration en ses différentes composantes. Ensuite, leréseau Fluxnet, standard international, se révèle être outil idéal confirmer ces améliorations. Celui ci contient en effet des données relatives à des sites instrumentés correspondant à un large panel de climats et de types de végétation indispensable à la validation d'un modèle destiné à des simulations à échelle globale. 42 sites forestiers sont retenus pour procéder à l'évaluation des nouveaux développements sur la base d'un critère de fermeture du bilan énergétique. Lesrésultats de cette étude permettent non seulement de confirmer à grande échelle les résultats de la partie précédente mais aussi de caractériser des améliorations plus marquées sur les forêts de conifères ainsi que les sites enneigés. Enfin, l'impact sur le bilan hydrologique d'ISBA-MEB est évalué par l'utilisation de la chaîne opérationnelle hydrométéorologique SIM (SAFRAN-ISBAMODCOU).Cette chaîne permet de modéliser le débit des rivières françaises sur une longue période (jusqu'à un demi siècle) et par extension d'obtenir une estimation de la climatologie spatiallement distribuée de l'évapotranspiration. L'impact des développements, et nottament laprise en compte de la litière dans le modèle, modifient l'amplitude annuelle moyenne de l'évaporation du sol et impacte ainsi la modélisation des débits des rvières simulée. D'autre part, une augmentation significative de la sublimation de la neige est à l'origine dans les bassins de montagne d'une réduction du ruisselement total mais ceux-ci ne représente qu'une faible fraction du domaine d'étude. / The current version of ISBA land surface model represents the superficial layer of soil and vegetation as a composite with physical properties modeled as a weighted combination between soil and vegetation properties (e.g. albedo, roughness). A new version, ISBA-MEB (Multi-Energy-Balance), represents the soil and vegetation energy budgets separately. This development consists in a more realistic modeling of the flux exchanges above, within and below the canopy with an explicit treatment of each energy budget and the associated processes (canopy shading of the forest floor, canopy radiative transfer, canopy snow interception and loading, etc.). In addition, the superficial soil layer can be characterized as being comprised of forest litter thereby modulating both thermal and hydrological processes. In order to assess the impact of these developments, first, data from four French well-instrumented sites were used. The wide range of available data permitted a thorough assessment of the impact of the improvements. In particular, the reduced amplitude of the surface ground conduction flux has a profound impact on the energy budget by transferring the resulting residual energy into the sensible heat flux. The water balance was also mainly impacted by improving the partitioning of evapotranspiration into its various components and making it depend more directly on the temporal evolution of the vegetation properties. Next, the Fluxnet network database, which is an international standard for model evaluation, proved to be ideal for confirming these improvements since it is comprised of data from instrumented sites for a wide range of climates and vegetation types. A sub-set of 42 forest sites were selected for assessing the new developments using classical energy balance closure-based criteria. The results of this study not only confirmed the results from the first part of this study for the three French sites, but it also helped characterize the biggest improvements which occurred for moderately open canopies, the pine forest class, and sites with significant snow cover. Finally, the impact of MEB on the hydrological cycle is evaluated by using the SIM operational hydrometeorological chain (SAFRAN-ISBA-MODCOU). This system is used to model and evaluate river discharge over all of France over long periods of time (up to half a century), and by extension, obtain spatially distributed climatological evapotranspiration estimates. The impact of the new developments, especially the combination of the canopy and the explicit forest litter treatment, modified the temporal evolution of bare soil evaporation which had a notable impact on river flow. Finally, significantly increased snow sublimation reduced both total runoff and evapotranspiration in mountain catchments (which comprised a relatively small part of the studied domain).

Le climat, les sols et les ressources en eau sont des facteurs essentiels de la production agricole et conditionnent la disponibilité des ressources alimentaires mondiales. La nécessité de quantifier, d'évaluer et de prédire les pressions exercées sur les ressources en eau et les ressources agricoles dans un contexte de changement climatique représente un enjeu majeur. Pour répondre à ces problématiques, des modèles numériques du fonctionnement des surfaces continentales sont développés. Ils permettent de simuler de nombreux processus naturels tels que le cycle de l'eau, du carbone, la croissance et la sénescence de la végétation, et les flux à l'interface sol-atmosphère. Ces outils puissants sont très largement utilisés par la communauté scientifique mais présentent de nombreuses incertitudes dans la représentation des différents processus biophysiques pris en compte et dans l'estimation des paramètres qui les pilotent. L'absence de données d'observation de variables clefs du cycle hydrologique ou de variables clefs de la végétation à grande échelle spatiale et temporelle est un frein majeur pour la validation de ces modèles. L'objectif général de ce travail de thèse est d'évaluer dans quelle mesure l'intégration de données satellitaires disponibles depuis une trentaine d'années dans un modèle générique des surfaces continentales permet de mieux représenter les sécheresses agricoles à différentes échelles spatiales. Le modèle ISBA-A-gs développé par le CNRM est utilisé. Il représente la variabilité interannuelle de la biomasse végétale en lien avec les ressources en eau du sol. Des études précédentes ont montré que les simulations du système sol-plante en condition de stress hydrique sont très sensibles à la valeur de la réserve utile du sol, et que la représentation par ce type de modèle de la variabilité interannuelle de la production des céréales à paille est difficile. Une méthodologie de calibration/validation du modèle basée sur l'intégration de séries temporelles satellitaires d'indice de surface foliaire (Leaf Area Index ou LAI) observées à 1km de résolution dans ISBA-A-gs a été développée afin d'estimer la réserve utile du sol pour des cultures de céréales à paille pluviales. Le LAI satellitaire est préalablement désagrégé pour les céréales à pailles. La validation de cette méthodologie est fondée sur la comparaison de la biomasse simulée et des rendements agricoles observés. Une méthode simple de modélisation inverse par minimisation d'une fonction coût a été confrontée à une méthode plus complexe : l'assimilation séquentielle de données. Cette dernière permet de combiner de manière optimale les séries temporelles de LAI observées et simulées par ISBA-A-gs afin de fournir une analyse du LAI, de la biomasse aérienne, et de l'humidité du sol. L'assimilation repose sur la chaîne LDAS-Monde développée par le CNRM. Elle donne des résultats plus réalistes que la modélisation inverse en terme de biomasse simulée et de réserve utile estimée. La représentation de l'impact négatif des sécheresses et des années très humides sur les rendements est améliorée grâce à cette méthode. Les réserves utiles obtenues sur les zones céréalières françaises ont permis la construction d'un modèle de régression linéaire simple permettant d'estimer les réserves utiles directement à partir des valeurs annuelles maximales de LAI satellitaires (LAImax). La cartographie de la réserve utile à partir du LAImax est comparée à la carte au millionième de l'INRA sur la France. La possibilité d'utiliser cette méthode à l'échelle locale est évaluée, ainsi que son extension à d'autres zones agricoles en Eurasie et en Amérique du Nord. / Climate, soils and water resources are essential factors of agricultural production and affect the availability of world food resources. The need to quantify, assess and predict pressures on water resources and agricultural resources in the context of climate change is a major issue. To answer these questions, numerical models of the processes at stake over continental surfaces are developed. They simulate many natural processes such as the water cycle, the carbon cycle, vegetation growth and senescence, and the fluxes at the soil-atmosphere interface. These powerful tools are widely used by the scientific community but present many uncertainties in the representation of the various biophysical processes taken into account and in the estimation of the parameters that drive them. The lack of observation data for key hydrological cycle variables or key vegetation variables of large spatial and temporal scales is a major obstacle to the validation of these models. The general objective of this thesis is to evaluate how the integration of satellite data available over the last thirty years in a generic model of continental surfaces allows a better representation of agricultural droughts at different spatial scales. The ISBA-A-gs model developed by CNRM is used. It represents the interannual variability of plant biomass in relation to soil water resources. Previous studies have shown that simulations of the soil-plant system under water stress conditions are very sensitive to the value of the soil maximum available water content, and that the representation by this type of model of the interannual variability of cereal straw is difficult. A model calibration / validation methodology based on the integration of Leaf Area Index (LAI) satellite time series observed at 1 km resolution in ISBA-A-gs was developed. The objective is to estimate the soil maximum available water content for non-irrigated straw cereal crops. The satellite LAI is first disaggregated for straw cereals. The validation of this methodology is based on a comparison of the simulated above-ground biomass with observed agricultural yields. A simple method of inverse modeling by minimizing a cost function is compared with a more complex method: sequential data assimilation. The latter allows optimal combinations of the LAI time series observed and simulated by ISBA-A-gs to provide an analysis of LAI, above-ground biomass, and soil moisture. The assimilation is based on the LDAS-Monde chain developed by CNRM. It gives more realistic results than inverse modeling in terms of simulated biomass and of soil maximum available water content. The representation of the negative impact of droughts and very wet years on yields is improved by this method. It is found that the soil maximum available water content retrieved on the French cereal areas correlates with the maximum annual values ??of satellite LAI (LAImax). A simple linear regression model can be used to estimate the soil maximum available water content directly from LAImax . The mapping of the soil maximum available water content as derived from LAImax is compared with the one millionth map of INRA over France. The possibility of using this method at a local scale is evaluated, as well as its extension to other agricultural areas in Eurasia and North America.

Les changements climatiques ont des effets importants sur la dynamique des écosystèmes subarctiques puisqu'ils résultent généralement en de meilleures conditions de croissance pour les espèces végétales. Une telle amélioration pourrait se répercuter sur la performance des espèces ligneuses et mener à la densification ou à l'avancée des peuplements arbustifs et arborescents, ce qui résulterait en la complexification de la structure verticale de ces écosystèmes. L'objectif de cette étude est de caractériser la biomasse, la croissance et l'évolution de la structure des communautés végétales au Nunavik (Québec). Pour ce faire, la caractérisation et l'échantillonnage de trois stations couvrant un gradient latitudinal s'étendant de la zone de la pessière à lichens jusqu'à la toundra arbustive ont été réalisés lors des étés 2018 et 2019. En plus des relevés de végétation permettant de quantifier la strate arbustive, des échantillons de Betula glandulosa ont été récoltés afin d'effectuer des analyses dendrochronologiques. Nos résultats montrent que les caractéristiques du couvert arbustif sont plutôt fonction de la formation végétale échantillonnée que de la position le long du gradient latitudinal, soulignant l'importance des facteurs biotiques (compétition) et abiotiques (topographies, expositions au vent) sur la dynamique de la strate arbustive. Nos résultats démontrent également que le taux de croissance vertical de B. glandulosa tend à diminuer du sud vers le nord le long du gradient d'intérêt. Finalement, nous avons également démontré que la croissance radiale de cette espèce dépend principalement de la température estivale et des précipitations en début de saison hivernale. Toutefois, les individus dans la portion nord du gradient ont une sensibilité climatique plus élevée que ceux de la portion sud. Nos résultats démontrent que le développement de la structure verticale de la strate arbustive sera plus lent pour les écosystèmes de la zone bioclimatique de la toundra arbustive, et ce même si la performance de l'espèce arbustive dominante y présente une sensibilité climatique accrue. / Climate change has important effects on the dynamics of subarctic ecosystems since it generally results in better growing conditions for plant species. Such an improvement could have repercussions on the performance of woody species and lead to the densification or advance of shrub and tree stands, which would increase in the complexity of the vertical structure of these ecosystems. The objective of this study is to characterize biomass, growth and the evolution of the plant structure of plant communities in Nunavik (Quebec). To do so, we characterized and sampled of three stations covering a latitudinal gradient extending from the spruce-lichen forest to the shrub tundra during the summers of 2018 and 2019. Vegetation surveys were carried out to quantify the shrub layer and samples of Betula glandulosa were collected to perform dendrochronological analyses. Our results show that shrub cover characteristics are more a function of the plant formation sampled than of the position along the latitudinal gradient, suggesting that biotic (competition) and abiotic (topography, wind exposures) factors have a strong influence on the dynamics of the shrub layer. Our results also show that the vertical growth rate of B. glandulosa tends to decrease from south to north along the gradient. Finally, we also demonstrated that the radial growth of this species mainly responds on summer temperature and early winter precipitation. However, individuals in the northern portion of the gradient have a higher climate sensitivity than those in the southern portion. Our results show that the development of the vertical structure of the shrub layer will be slower in the shrub tundra bioclimatic zone, even if the performance of the dominant shrub species has an increased climatic sensitivity in this zone.

Cette thèse explore l'impact des changements climatiques sur la productivité des formations végétales du Nunavik (Québec, Canada). À travers trois chapitres, elle examine la réponse des communautés végétales aux changements climatiques. L'objectif principal du premier chapitre est d'évaluer l'évolution temporelle de la productivité des écosystèmes terrestres. Les données NDVI de 1992 à 2020 révèlent une augmentation de la productivité primaire à l'échelle du Nunavik, particulièrement dans les zones à dominance arbustive de part et d'autre de la limite latitudinale des arbres. Les températures estivales, les précipitations automnales et hivernales, ainsi que les dépôts de surface sont identifiés comme les principaux déterminants de cette variation. Le deuxième chapitre se concentre sur l'influence de la biomasse et du couvert des différents groupes fonctionnels d'espèces végétales retrouvées sur les valeurs récentes de NDVI (2016 à 2020) le long d'un gradient latitudinal allant de la toundra forestière à la toundra à arbustes prostrés. Le pouvoir explicatif de ces variables biotiques, combiné aux variables édaphiques et topographiques a aussi été comparé à celui des variables climatiques. Les modèles démontrent que la biomasse des arbustes érigés, des herbacées, des plantes non vasculaires, la profondeur du pergélisol et les dépôts de surface expliquent une portion significative de la variabilité spatiale du NDVI. Toutefois, leur pouvoir explicatif n'est pas aussi grand que celui des variables climatiques (température automnale et précipitations hivernales). Le troisième chapitre explore la réponse de deux espèces dominantes, *Betula glandulosa* Michx. et *Picea mariana* (Mill.) B.S.P., à l'augmentation des températures en évaluant leur croissance radiale le long du gradient latitudinal. Les résultats indiquent une augmentation de la croissance radiale depuis le début des années 1990 ainsi que des différences dans la sensibilité climatique le long du gradient latitudinal et entre les espèces. Les températures estivales et hivernales sont identifiées comme les principaux moteurs de leur croissance radiale. L'utilisation combinée d'imagerie satellitaire, de mesures de traits fonctionnels et de données dendrochronologiques a permis de caractériser l'évolution de la productivité primaire des écosystèmes terrestres du Nunavik. / This thesis explores climate change's impact on the productivity of plant formations in Nunavik (Quebec, Canada). Across three chapters, it examines the response of plant communities to climate change. The main objective of the first chapter is to assess the temporal evolution of the productivity of terrestrial ecosystems. NDVI data from 1992 to 2020 reveal increased primary productivity at the Nunavik scale, particularly in shrubdominated areas on either side of the latitudinal tree line. Summer temperatures fall, and winter precipitation and surface deposits are identified as the main determinants of this variation. The second chapter focuses on the influence of biomass and cover of different functional groups of plant species on recent NDVI values (2016 to 2020) along a latitudinal gradient from forested tundra to prostrate shrub tundra. The explanatory power of these biotic variables, combined with edaphic and topographic variables, has also been compared to that of climatic variables. The models demonstrate that the biomass of erect shrubs, herbaceous plants, non-vascular plants, permafrost depth, and surface deposits explain a significant portion of the spatial variability of NDVI. However, their explanatory power could be better than climatic variables (fall temperature and winter precipitation). The third chapter explores the response of two dominant species, *Betula glandulosa* Michx. and *Picea mariana* (Mill.) B.S.P., to rising temperatures by assessing their radial growth along the latitudinal gradient. The results indicate increased radial growth since the early 1990s and increased climate sensitivity along the latitudinal gradient and between species. Summer and winter temperatures are identified as the m their radial growth. The combined use of satellite imagery, functional trait measurements, and dendrochronological data has allowed for the characterization of the evolution of primary productivity in Nunavik's terrestrial ecosystems.

There is always a margin of error concerning elevation data, which are considered one of the most important types of topographic information obtained from Digital Elevation Models (DEMs). Today, DEMs are the most useful data source for geospatial analysis and are highly requested. To achieve accuracy of DEMs, new techniques came out. Airborne Laser Scanning (LIDAR) and the Interferometric Synthetic Aperture Radar (IFSAR) are among the latest methods used in remote sensing to produce DEMs.The two techniques do not have the same advantages and disadvantages. Taking into account the morphology of terrain and factors related to vegetation, we have proceeded to various comparisons of topographic information obtained from ICES at elevation data, Canadian Digital Elevation Data (CDED), and SRTM models. We used more than 8 million points distributed in eight study areas throughout Canada. A comparison between CDED and SRTM indicated an RMSE of 11, 9 m. Vertical accuracy was found to be surface slope dependent. Comparisons made with ICESat LIDAR elevation points on SRTM and CDED models confirmed the important influence of slope on topographic information. ICES at produces excellent results in plane regions for slopes ? 5À (RMSE of 1, 5 m found in Manitoba). While comparing ICESat/SRTM with ICESat/DNEC, we observed that ICESat/SRTM presented the fewest errors. Errors between CDED and SRTM models are concentrated around a north-south axis, particularly in northern directions. ICESat/SRTM confirmed the concentration of errors in the northern directions. Comparisons showed that conifers are the species which had a major influence on the differences between the two models with an RMSE of 6,7 m.The density of vegetation does not have a significant impact on the topographic information between SRTM and CDED.The highest trees have more influence on the topographic information, with an RMSE above 5 m. However, vegetation does not influence ICES at and SRTM in the same manner. From the existing relation between contour interval and RMSE, we derived some topographical scale ranges which enable mapping with SRTM data at a scale better than 1: 250 000. For the most part, the observed RMSE between CDED and SRTM fulfills the 16 m RMSE specification for the SRTM mission. Despite the low distribution of ICESat elevation points, the importance of this satellite cannot be overemphasized: ICES at points remain a power validation tool in satellite altimetry.

Le renouvellement des peuplements forestiers irréguliers est envisagé par la création de trouées, afin d’augmenter localement l’éclairement en sous-bois et favoriser la croissance de la régénération d’arbres.Cependant, cette augmentation de lumière favorise aussi la colonisation des trouées par des espèces herbacées et semi-ligneuses compétitrices pour les ressources. Cette thèse s’est focalisée sur les interactions pour la lumière entre de jeunes pins sylvestres (Pinus sylvestris) et une végétation interférente représentée par la callune( Calluna vulgaris), la molinie (Molinia caerulea) et la fougère (Pteridium aquilinum) dans le sous-bois de peuplements mélangés chêne sessile (Quercus petraea)-pin sylvestre.La lumière est le facteur principal limitant la croissance des semis (hauteur<0,30m) et gaules(0,30m<hauteur<6m) de pin sylvestre. Cependant, alors que les semis supportent un ombrage conséquent, les besoins en lumière augmentent avec la dimension des individus.Le développement des trois espèces interférentes a été quantifié en fonction de l’éclairement. A recouvrement égal, la fougère intercepte plus de lumière que la molinie et la callune. La fougère affecte donc plus négativement la croissance des semis de pin, notamment parce qu’elle est aussi capable de développer un couvert dense même pour de très faibles éclairements. Pour les trois espèces, des facteurs autres que la lumière sont cependant impliqués qui pourraient être des phénomènes d’allélopathie, de compétition souterraine ou d’interférence mécanique. Les différents résultats sont intégrés dans un modèle conceptuel de dynamique forestière (RReShar, Regeneration and Resource Sharing). / Irregular forest stands regeneration is considered using gap creation that provokes a light increase in the understorey. The light increase leads to the recruitment of new trees as well as the potential colonization by competitive herbaceous and shrubby species. This study focused on light interactions between Scots pine (Pinussylvestris) seedlings and saplings and competitive vegetation made up of Calluna vulgaris, Molinia caerulea andPteridium aquilinum growing in mixed sessile oak (Quercus petraea)-Scots pine stands in acidic temperateforests in France.The light was the key limiting factor controlling Scots pine seedling and sapling growth. Seedlings are able totolerate a consequent shading, whereas sapling light requirement increases with their size. The growth of C.vulgaris, M. caerulea and P. aquilinum was measured according to light availability. For a given cover,P. aquilinum intercepted more light than M. caerulea and C. vulgaris. P. aquilinum involved a more pronounceddecrease of pine seedling growth as this species was able to reach high cover even in very shaded conditions. For all the three species, processes like allelopathy, belowground competition or mechanical interference were assumed to also impede with pine seedling growth. All those results were integrated in a conceptual forest dynamics model named RReShar (Resource and Regeneration Sharing).

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.