Fascicule de thèses

Département EFPA
Écologie des Forêts, Prairies et milieux Aquatiques
Fascicule de thèses
Octobre 2008
AVANT PROPOS
Le département Ecologie des Forêts, des Prairies et des milieux Aquatiques accueille en
moyenne 40 nouveaux doctorants par an, et héberge donc environ 120 doctorants
simultanément. Ces doctorants sont issus de 20 Ecoles Doctorales, dont les thèmes reflètent
la diversité des objets étudiés au département.
Ce document rassemble les résumés de 122 thèses en cours en 2008.
Il a été rédigé à l’occasion du séminaire des doctorants du département
qui a eu lieu du 6 au 8 octobre 2008 à Dinard.
Il est destiné aux doctorants pour permettre à chacun d’eux de se faire connaître. Il leur
permet aussi de se former à la rédaction d’un résumé destiné à être largement diffusé et de
s’informer sur les travaux des autres étudiants.
Il est également utile à la direction du département, aux différentes unités, aux responsables
de champ thématique et de réseaux, car il présente en condensé l’ensemble et la diversité
des fronts de recherche concrétisés par des thèses en cours.
Je remercie très chaleureusement le groupe des « animateurs des doctorants » (Anne
Jambois, Daniel Auclair, Thierry Caquet, Pascal Carrère, Sophie Gerber, Véronique Jorge,
Christophe Plomion) pour l’organisation et l’animation du séminaire ainsi que Cynthia
Mienville pour la réalisation méticuleuse du présent fascicule.
Jean-Marc Guehl
Chef du département EFPA
Fascicule de thèses du département Ecologie des Forêts, Prairies et milieux Aquatiques
Octobre 2008
2
Sommaire
CT1 ....................................................................................................................................................... 11
Qualité des prairies franc-comtoises et contribution à la sécurité alimentaire des produits de la
filière lait. Approche de la vulnérabilité des prairies à la présence d’éventuels contaminants dans la
chaîne « sol-végétation-lait » - Samuel Maas - ................................................................................. 12
Transpiration et croissance de l'hévéa: influence du stress hydrique et de la nécrose du tronc. Supat Isarangkool Na Ayutthaya - .................................................................................................... 13
Année de début de thèse : 2005 .......................................................................................................... 14
Influence de la structure paysagère et de la répartition du bois mort sur les communautés de
Coléoptères saproxyliques - Antoine Brin - ...................................................................................... 15
Effet des contraintes environnementales (Ozone et fort CO2) sur le bois de jeunes arbres : étude de
la formation du bois et conséquences sur ses propriétés en tant que matériau - Nicolas Richet - .... 16
Contribution à l’étude des variations spatiales des composantes du bilan de Carbone d’un sol de
forêt tropicale : effet des espèces ligneuses sur la respiration du sol - Laëtitia Brechet - ................. 17
Des traits des graminées au fonctionnement de l’écosystème prairial. Une approche de modélisation
mécaniste. - Vincent Maire - ............................................................................................................. 18
Biodisponibilité du phosphore dans les sols landais pour les peuplements forestiers de pins
maritimes - David Achat -................................................................................................................. 19
Année de début de thèse : 2006 .......................................................................................................... 20
Role of phosphatases secreted by the symbiotic microbial populations associated with Pinus
pinaster roots in the ecosystem of Landes on phosphorus mobilization - Ali Muhammad Arif - .... 21
Estimation de la productivité primaire du Pin maritime sous deux climats contrastés par la méthode
allométrique - Olfa Shaiek - .............................................................................................................. 22
Détermination et caractérisation des facteurs de production dans un massif de plantations clonales
d’eucalyptus - Fanny Bikindou -....................................................................................................... 23
Modélisation tridimensionnelle de la dynamique des peuplements forestiers tropicaux hétérogènes :
Stratégies de croissance et trajectoires de développement en forêt dense humide sempervirente des
Ghâts occidentaux de l'Inde. - Cécile Madelaine-Antin - ................................................................. 25
Mobilisation du phosphore organique dans la rhizosphère des arbres forestiers : régulation de la
sécrétion des phosphatases des champignons ectomycorhiziens. Approches biochimiques et
moléculaires. - Julien Louche - ......................................................................................................... 26
Mécanismes sous-jacents de la productivité des plantations d’eucalyptus au Congo : effets de la
fertilisation et des éclaircies - Hugues Yvan Gomat -....................................................................... 27
Simulation des impacts du changement climatique sur les prairies et adaptations possibles - AnneIsabelle Graux - ................................................................................................................................. 29
Variations saisonnières et variabilité interspécifique des échanges gazeux aux niveaux foliaire et
des troncs des arbres en forêt tropicale humide - Clément Stahl - .................................................... 30
Année de début de thèse : 2007 .......................................................................................................... 31
Fascicule de thèses du département Ecologie des Forêts, Prairies et milieux Aquatiques
Octobre 2008
3
Place du Douglas en France dans le contexte des changements climatiques : Approches
biogéographique, dendroécologique et génétique de la ressource présente et future - Anne-Sophie
Sergent - ............................................................................................................................................ 32
Impact des dépôts d’azote atmosphérique sur la biodiversité des prairies à l’échelle du domaine
atlantique français : approche comparative et expérimentale - Cassandre Gaudnik -....................... 33
Importance des parasites eucaryotes dans les systèmes planctoniques lacustres - Jean-François
Mangot - ............................................................................................................................................ 34
Changements de la structure des forêts tropicales: variations naturelles ou changements
climatiques ? - Ervan Rutishauser - .................................................................................................. 35
Influence des pratiques agricoles et de l’occupation des sols depuis deux millénaires sur la
végétation des forêts lorraines - David Etienne - .............................................................................. 36
Dynamiques saisonnières des réserves carbonées et azotées chez le chêne sessile et le hêtre. Mise au
point d’un outil de diagnostic de la vitalité des arbres. - Rana El Zein - .......................................... 38
Bilan eau-carbone des mosaïques maïs-forêt du bassin versant de la Leyre : Etude de plusieurs
zones modèles sur les 30 dernières années - Marie Guillot - ............................................................ 39
Les Planctomycetes en milieu lacustre : distribution, facteurs de contrôle et implication dans le
cycle biogéochimique de l’azote - Thomas Pollet - .......................................................................... 40
La modélisation des flux hydriques le long du continuum sol-plante-atmosphère d’une forêt :
participations des différents réservoirs d’eau ; application dans une optique de comparaison de
réponses entre écosystèmes à des climats futurs. - Pauline Gaudin - ............................................... 41
Facteurs controlant l’alteration biologique des mineraux dans la rhizosphere des ecosystemes
forestiers - Christelle Collignon -...................................................................................................... 42
Impacts du changement climatique sur les bilans de carbone et de gaz à effet de serre de la prairie
permanente en lien avec la diversité fonctionnelle. Étude expérimentale.- Amélie Cantarel -......... 43
Année de début de thèse : 2008 .......................................................................................................... 44
Impacts du changement climatique (CO2, T, sécheresse) et de la diversité végétale souterraine sur
Rémi
Pilon
la démographie racinaire et la respiration du sol d’une prairie permanente .......................................................................................................................................................... 45
Trophic relationships in the rhizosphere of woody plants: effect of the communities of fungi,
bacteria and nematodes on mineral nutrition of Pinus pinaster. - Usman Irshad -............................ 46
Suivi d’indicateurs physiques, géochimiques et biologiques des modifications et de la restauration
du fonctionnement de sols forestiers soumis à un tassement mécanique.- Noémie Goutal -............ 47
Plasticité architecturale de quelques espèces de forêts méditerranéennes : variabilités intra- et interspécifique de la réponse des arbres à la sécheresse. - Taugourdeau Olivier -................................... 48
Influence de la diversité des litières sur les cycles biogéochimiques en forêt tropicale humide Sandra Barantal -............................................................................................................................... 49
Causes fonctionnelles du dépérissement des sapinières (Abies alba Mill.) de l’arrière pays
méditerranéen - Maxime Cailleret - .................................................................................................. 50
CT2 ....................................................................................................................................................... 51
Fascicule de thèses du département Ecologie des Forêts, Prairies et milieux Aquatiques
Octobre 2008
4
Année de début de thèse : 2006 .......................................................................................................... 52
Traceability of mycorrhizal fungi - Marlis Reich - ........................................................................... 53
Analyse des peuplements ichthyologiques récifaux et de leurs usages pour l’élaboration d’un suivi à
long terme. Étude dans la zone du projet Koniambo (Koné, Nouvelle-Calédonie) - Nicolas
Guillemot - ........................................................................................................................................ 54
Régularité d’expression des processus de croissance, ramification et floraison chez quelques
espèces de Cecropia. Application à l’estimation de l’âge de zones perturbées. - Paul-Camilo
Zalamea - .......................................................................................................................................... 55
Clonage positionnel des gènes impliqués dans la symbiose ectomycorhizienne chez le
basidiomycète Laccaria bicolor et le Peuplier. - Jessy Labbé - ........................................................ 56
Déterminisme génétique de la résistance partielle du peuplier à la rouille foliaire - Aloïs Bresson .......................................................................................................................................................... 57
Causes et conséquences à échelle individuelle des infestations de gale sarcoptique (Sarcoptes
scabiei) chez le bouquetin ibérique (Capra pyrenaica) - Mathieu Sarasa - ....................................... 58
Effet de la lyse virale et de la prédation par les flagellés sur les ressources nutritives, la
caractérisation de la matière organique, la dynamique et structure des communautés microbiennes
lacustres. - Lyria Berdjeb -................................................................................................................ 59
Poplar root development in response to fungal signals during onset of ectomycorrhizae - Judith
Richter - ............................................................................................................................................ 60
Analyse de la dynamique des populations halieutiques à cycle de vie court - Youen Vermard - .... 61
Année de début de thèse : 2007 .......................................................................................................... 62
Estimation et modélisation de l'impact des dégâts sanitaires sur la productivité des forêts de pin
maritime en Aquitaine - Christophe Orazio -.................................................................................... 63
Les peuplements benthiques : descripteurs de la fonctionnalité des habitats halieutiques essentiels
en milieu côtier et estuarien - Caroline Kostecki -............................................................................ 64
Effet des types de lisières sur la diversité végétale - Audrey Alignier - ........................................... 66
Modélisation de l’évolution de l’agressivité des champignons phytopathogènes : couplage des
approches d’épidémiologie et de biologie évolutive - Audrey Andanson - ...................................... 67
Contribution des bois et de leurs lisières à la diversité des carabiques dans les paysages agriforestiers - Anthony Roume -............................................................................................................ 68
Rôle des gènes du système immunitaire dans la distribution et l'émergence de la fièvre
hémorragique à syndrome rénal causée par l'hantavirus Puumala chez le campagnol roussâtre
Myodes (Clethrionomys) glareolus. - Emmanuel Guivier -.............................................................. 69
Evaluation du risque d’introgression d’espèces ou variétés cultivées dans les populations naturelles
de peuplier noir - Nicolas Chenault - ................................................................................................ 70
Modélisation de la distribution et de la productivité des essences forestières françaises vis-à-vis des
facteurs du climat et du sol sensibles aux changements environnementaux - Romain Bertrand -.... 71
Année de début de thèse : 2008 .......................................................................................................... 73
Fascicule de thèses du département Ecologie des Forêts, Prairies et milieux Aquatiques
Octobre 2008
5
Effets des perturbations anthropiques sur la survie des juvéniles de poissons marins au sein des
nourriceries côtières et estuariennes et conséquences sur le renouvellement des populations.
Application à la sole (Solea solea) en Manche Est et dans le golfe de Gascogne. - Sébastien
Rochette - .......................................................................................................................................... 74
Dégradation du bois par des termites guyanais - Jean-Michel Martin -............................................ 76
Prédiction de la qualité des bois de chêne pour l’élevage des vins et des alcools : comparaison des
approches moléculaires, physicochimiques et sensorielles - Erwan Guichoux - .............................. 77
Étude de l’installation et du maintien d’une espèce monodominante, Spirotropis longifolia (DC.)
Baill. (FABACEAE), au sein des forêts guyanaises. Application à la gestion des espèces
agrégatives exploitées - Émile Fonty - .............................................................................................. 78
Spécificités génétique et écologique d’une espèce bactérienne modèle: l’espèce génomique G8 du
complexe Agrobacterium tumefaciens - Tony Campillo - ................................................................ 79
Influence des interactions biotiques complexes sur la régénération des essences forestières feuillues
- Brice Giffard - ................................................................................................................................ 81
CT3 ....................................................................................................................................................... 82
Bases moléculaires de la résistance à la cavitation du Xylème du Peuplier - Hosam Awad - .......... 83
« Stratégie Mère Porteuse chez Cupressus dupreziana A. Camus (cyprès du Tassili) – Analyse,
conséquences et perspectives » - Juana Laura Rivera Nava - ........................................................... 85
Réactions de semis naturels de hêtre (Fagus sylvatica L.) et d’érable sycomore (Acer
pseudoplatanus L.) à l’ouverture du couvert : croissance et ajustements fonctionnels - Blandine
Caquet - ............................................................................................................................................. 86
Année de début de thèse : 2005 .......................................................................................................... 87
Etude de la diversité nucléotidique de gènes candidats impliqués dans la formation du bois chez le
pin maritime et association avec les composantes de la qualité du bois. - Camille Lepoittevin - .... 88
Impact du réchauffement climatique sur la dynamique de végétation de montagne - Jeanne Bodin .......................................................................................................................................................... 89
Evaluation du risque environnemental lié à l’utilisation de larvicides d’origine biologique dans le
cadre de la lutte anti-culicidés. Développement et validation expérimentale de méthodes
d’évaluation des effets sublétaux chez des invertébrés aquatiques non-cibles - Claire Duchet - ..... 90
Diversité et dynamique des communautés phytoplanctoniques du Réservoir Marne (Bassin versant
de la Seine) - Anne Rolland - ............................................................................................................ 92
Fonctions et diversité des communautés microbiennes aquatiques soumises à des perturbations
anthropiques - Aurélie Villeneuve - .................................................................................................. 93
Impact du changement climatique sur la phénologie des arbres en forêts de montagne. Mesures in
situ et dans des tests de provenances - Yann Vitasse - ..................................................................... 94
Structuration génétique des populations de tordeuses du mélèze (Zeiraphera diniana) dans l’espace
et dans le temps - Sophie Delamaire -............................................................................................... 95
Place du statut énergétique dans la dynamique migratoire de la civelle d’anguille européenne
(Anguilla anguilla) - Sarah Bureau du Colombier - .......................................................................... 96
Fascicule de thèses du département Ecologie des Forêts, Prairies et milieux Aquatiques
Octobre 2008
6
Succès reproducteur et fitness des mâles précoces de saumon atlantique (Salmo salar L.) : effets de
l’hétérogénétité de l’habitat - David Grimardias - ............................................................................ 97
Contrôle génétique de la microdensité du bois, conséquences sur l’adaptation aux variations du
climat chez le douglas (Pseudotsuga menziesii (Mirb) Franco). - Alejandro Martinez-Meier -....... 98
Année de début de thèse : 2006 .......................................................................................................... 99
Etudes des relations source-puits de carbone chez Erythronium americanum - Anthony Gandin - 100
Caractérisation anatomique et transcriptomique de la formation du bois en réponse à un cycle court
de sécheresse – réarrosage chez le peuplier - Régis Fichot - .......................................................... 101
Mécanismes comportementaux des invasions biologiques : flexibilité et communication chez
l’Etourneau sansonnet - Alexandra Rodriguez - ............................................................................. 102
Hétérogénéité des paysages et dynamique des insectes forestiers - Anne-Maïmiti Dulaurent - ..... 104
Vulnérabilité des essences forestières au changement climatique : réponses du hêtre et des hêtraies
planitiaires françaises à la sécheresse - Daniel E Silva - ................................................................ 105
Caractérisation écophysiologique d’espèces d’Acacias australiens et sahéliens en relation avec leur
distribution le long de gradient d’aridité. - Nianguiri Moussa Konate - ......................................... 106
Année de début de thèse : 2007 ........................................................................................................ 107
Analyse de la variabilité génétique quantitative et moléculaire dans le complexe d’espèces d’arbres
tropicaux Eperua en Guyane française. - Delphine Audigeos - ...................................................... 108
Contrôle Génétique de la réponse au Changement Climatique du Mélèze lue à travers les profils
microdensitométriques - Maria Elena Gauchat - ............................................................................ 109
Analyse fonctionnelle de l’interaction gène-pour-gène (R-Avr) lors de l’interaction entre le Peuplier
et l’agent de la rouille foliaire Melampsora larici-populina - Stéphane Hacquard - ....................... 110
Génétique et évolution des systèmes de compatibilité de croisement dans le complexe d’espèces
chêne sessile – chêne pédonculé - Pierre Abadie - ......................................................................... 111
Diversité inter et intra-spécifique de l’efficience d’utilisation de l’eau du chêne liège (Quercus suber
L.) et du chêne zeen (Quercus canariensis Willd.) en Tunisie - Olfa Frouja - ................................ 112
Métabolisme énergétique, développement et comportement précoce de l’alevin de truite (Salmo
trutta) : Etude des effets parentaux - Thomas Régnier - ................................................................. 114
Réponse adaptative des populations françaises de saumon atlantique (/Salmo salar/) aux
changements climatiques. - Bal Guillaume - .................................................................................. 115
Etude et modélisation de l’aire de répartition du sapin (Abies alba) en Europe - Frédérik Saltré - 116
Intégrer la résistance au froid dans des modèles de prédiction des aires de répartition des arbres. Guillaume Charrier - ....................................................................................................................... 117
Stabilité de la relation entre discrimination isotopique du Carbone 13 durant la photosynthèse et
efficience d’utilisation de l’eau. - Cyril Douthe - ........................................................................... 118
Structuration génétique des populations françaises de saumon atlantique, fonctionnement de la
métapopulation de la Baie du Mont-St-Michel et implications pour la gestion. - Charles Perrier - 119
Fascicule de thèses du département Ecologie des Forêts, Prairies et milieux Aquatiques
Octobre 2008
7
Variabilité de facteurs écophysiologiques contrôlant la régénération de populations naturelles de
peuplier noir (Populus nigra L.) en Loire moyenne dans le cadre des modifications climatiques
actuelles - Sylvain Chamaillard - .................................................................................................... 120
Etude de la dispersion de la rouille du peuplier causée par Melampsora larici-populina, dans la
vallée de la Durance - Constance Xhaard - ..................................................................................... 122
Développement et validation d’un biomarqueur de génotoxicité chez le gammare Gammarus pulex.
- Emilie Lacaze - ............................................................................................................................. 123
Evolution de la diversité génétique et des structures d’apparentement au cours des premiers stades
d’une régénération naturelle de chênes pédonculés : effet des pression parasitaires - Séverine Mary
- ....................................................................................................................................................... 124
Impact du changement climatique sur les forêts de montagne : Adaptation, migration ou extinction
des espèces. - Caroline Bresson - .................................................................................................... 125
Spatialisation à large échelle des facteurs contrôlant la distribution et la croissance des espèces
végétales forestières. - Christian Piedallu - ..................................................................................... 126
Function and Regulation of Glutathione-S-transferases (GSTs) from Phanerochete chrysosporium Andrew A. Ngadin - ........................................................................................................................ 127
Année de début de thèse : 2008 ........................................................................................................ 128
Plasticité phénotypique et moléculaire de deux clones d’eucalyptus sous contrainte hydrique au
champ. - Emilie Villar - .................................................................................................................. 129
Etude des systèmes oxydo-réducteurs du Peuplier - Benjamin Selles -.......................................... 130
Etude de la résilience à la sécheresse chez le hêtre (Fagus sylvatica) : Plasticité phénotypique et
variabilité génétique de la vulnérabilité à la cavitation. - Remi Wortemann -................................ 131
Architecture génétique de l’architecture hydraulique des arbres : recherche de QTLs et de gènes
associés à la vulnérabilité à la cavitation du Pin maritime - Jean-Baptiste Lamy - ........................ 133
Biologie intégrative du contrôle de la croissance racinaire face au déficit hydrique chez le peuplier Rémy Merret - ................................................................................................................................. 135
CT4 ..................................................................................................................................................... 136
Année de début de thèse : 2005 ........................................................................................................ 137
Précision des métriques piscicoles et représentativité des méthodes d’échantillonnage pour la
caractérisation des peuplements selon la Directive Cadre Européenne sur l’eau. - Charlotte
Deceliere-Vergès - .......................................................................................................................... 138
Développement d’un modèle biomécanique pour l’étude de la verse du riz - Jin Xiuhong - ......... 140
Croissance des accrus de frêne à l’interface environnement/ sylviculture dans les Hautes-Pyrénées Ola Mdawar - .................................................................................................................................. 141
Dynamique de la régénération chez le pin sylvestre : impact de la structure des peuplements et des
flux de gènes à longue distance sur la diversité génétique - Pascal Aspe -..................................... 143
Année de début de thèse : 2006 ........................................................................................................ 144
Fascicule de thèses du département Ecologie des Forêts, Prairies et milieux Aquatiques
Octobre 2008
8
La modélisation de l’anisotropie directionnelle des mesures dans l’infrarouge thermique Britta
Kurz - .............................................................................................................................................. 145
Optimisation et contrôle optimale de modes culturaux : application du modèle GreenLab pour l’aide
à la décision en agriculture - Rui Qi - ............................................................................................. 146
Dynamiques des populations halieutiques à durée de vie courte : cas des stocks de poulpes et de
Crevettes exploités au Sénégal - Modou Thiaw - ........................................................................... 147
Modèles et analyses statistiques spatialisées pour l'étude des communautés biologiques tropicales
hyper-diverses. Application aux communautés d'arbres des forêts tropicales humides des montagnes
du sud de l'Inde - Champak Beeravolu Reddy -.............................................................................. 148
Cartographie génétique chez les Fagacées - Jérome Durand - ........................................................ 149
Distribution des légionelles dans les milieux aquatiques superficiels et dans les aquifères du bassin
du Lac du Bourget : efficacité des mécanismes naturels d’autoépuration : cas particulier des
émissions liées aux sources contaminées du bassin aixois - Cécile Maurice-Blanc -..................... 150
Architecture et identification des Orchidées du Laos - Pierre Bonnet -.......................................... 151
Année de début de thèse : 2007 ........................................................................................................ 152
Simulation et visualisation des écosystèmes de plantes en interaction avec l'environnement au sein
de « paysages fonctionnels » - Vincent Le Chevalier - ................................................................... 153
Etudes des conséquences à long terme d’une généralisation des exportations totales de biomasse et
de minéralomasse dans les Chênaies et Hêtraies de plaine. - Astrid Genet - .................................. 154
Variabilité fonctionnelle de gènes candidats impliqués dans la lignification chez l’eucalyptus - Eric
Mandrou -........................................................................................................................................ 156
Chaînes de Markov et modèles linéaires généralisés. Application à l’analyse de la distribution des
épicormiques du chêne - Mohamad Saad - ..................................................................................... 157
Analyse et modélisation des effets de la densité et du mélange d’espèce sur le développement et
l’architecture de jeunes hêtres et érables sycomores - Benjamin Faivre-Vuillin -.......................... 159
Bilan de carbone de l’écosystème forestier aquitain de Pin maritime : intégration de données de
télédétection dans un modèle de fonctionnement de l’ensemble forêt/sous-bois - Nathalie
Yauschew-Raguenes - ..................................................................................................................... 161
Année de début de thèse : 2008 ........................................................................................................ 162
Dynamique de la régénération ligneuse et de la végétation dans les trouées forestières du Nord-Est
de la France - Rosalinde Van Couwenberghe -............................................................................... 163
Modélisation des interactions biomécanique-architecture de l’arbre. Etude théorique des stratégies
de croissance d'une plante sous contrôle biomécanique à partir d'un simulateur prototype. - Thomas
Guillon - .......................................................................................................................................... 164
Impact des variations intra et inter annuelles du climat sur la densité des bois de chêne, hêtre et
épicéa commun à l’échelle des ressources. - Tony Franceschini -.................................................. 165
Nouvelle approche pour la stabilisation des pentes par les racines sur les points chauds de
dégradation en Chine - Murielle Ghestem - .................................................................................... 166
Fascicule de thèses du département Ecologie des Forêts, Prairies et milieux Aquatiques
Octobre 2008
9
Modélisation du renforcement des sols en pente par la végétation : aspects hydrauliques - Jinnan Ji ........................................................................................................................................................ 167
Développement d'un modèle d’enracinement multi-physique basé sur l'agrégation de l'architecture
racinaire d'arbres forestiers – Application à l’éco-ingénierie de la stabilité des pentes - Adrien
Bonneu - .......................................................................................................................................... 168
Diagnostic et origine environnementale des évolutions récentes de la productivité forestière en
France à partir des données de l’Inventaire Forestier National (IFN) - Marie Charru – ................. 169
Quantification et répartition de la biomasse à l’échelle de l’individu pour les principales essences
forestières françaises : modélisation générique. - Michaël Rivoire - .............................................. 170
Fascicule de thèses du département Ecologie des Forêts, Prairies et milieux Aquatiques
Octobre 2008
10
CT1
Fonctionnement des écosystèmes et des cycles
biogéochimiques
Les recherches portent sur les grands cycles biogéochimiques (C, N, P) et le cycle de
l’eau, considérés séparément ou de manière couplée, ainsi que sur les transferts
d’autres éléments physiques, chimiques ou biologiques (matières en suspension,
contaminants biologiques, polluants, gaz à effet de serre, pollens). Elles relèvent
principalement de l’écologie fonctionnelle et s’appuient largement sur les sites ateliers
et ORE. Il s’agit (i) de quantifier les flux de matière et d’énergie à l’échelle de
l’écosystème, (ii) de préciser le rôle et l’activité des organismes vivants, seuls ou
organisés en populations et communautés, dans ces flux (photosynthèse et respiration,
altération des minéraux, réseaux trophiques, décomposition de la matière organique.
(iii) de caractériser leur dynamique à long terme et (iv) d’évaluer la manière dont ces
flux déterminent les services écologiques des écosystèmes (ressource en eau de
qualité, stockage de carbone…). On s’intéresse aux processus biologiques, chimiques
et physiques impliqués dans les flux de matière et d’énergie et à leurs modifications en
réponse aux perturbations naturelles ou induites par les activités humaines.
Fascicule de thèses du département Ecologie des Forêts, Prairies et milieux Aquatiques
Octobre 2008
11
Qualité des prairies franc-comtoises et contribution à la
sécurité alimentaire des produits de la filière lait. Approche
de la vulnérabilité des prairies à la présence d’éventuels
contaminants dans la chaîne « sol-végétation-lait »
- Samuel Maas [email protected]
EA3184 usc INRA, Laboratoire de Biologie Environnementale, Besançon
La région de Franche-Comté et ses milieux naturels préservés véhicule une image très positive, qui
bénéficie aux produits agro-alimentaires régionaux : les produits franc-comtois (denrées alimentaires,
bois,…) bénéficient auprès des consommateurs d’une image de « produits de terroir et de qualité »
issus d’écosystèmes non pollués. Dans la région, le poids économique de la filière lait est important
puisqu'elle concerne environ 3250 exploitations agricoles. La qualité sanitaire des produits
alimentaires est au cœur des préoccupations sociales actuelles. Les terroirs franc-comtois constituent
donc un élément important de valorisation qui participe à la santé économique de la filière.
Le travail entrepris a pour objectif d'étudier la qualité des prairies franc-comtoises et d'y rechercher
d'éventuelles traces de substances potentiellement toxiques. La finalité générale de cette thèse est de
déterminer l'état des contaminations susceptibles d'exister dans les sols franc-comtois et d'évaluer les
éventuels risques de transferts à la végétation prairiale et au lait produit en Franche-Comté.
Le premier objectif opérationnel consiste à déterminer si des traces de substances potentiellement
dangereuses sont présentes dans les sols, la végétation prairiale et le lait.
Le second objectif opérationnel réside dans l'identification des voies de transfert qui pourraient
conduire à la contamination du lait en cas de pollution environnementale. Des études de
biodisponibilité des polluants dans les sols permettent de quantifier les transferts de polluants
susceptibles de survenir en cas de contaminations.
Le troisième objectif opérationnel consiste à mobiliser ces connaissances concernant les voies de
transfert et la biodisponibilité des polluants pour établir des cartes de vulnérabilité des sols, de la
végétation et de la production laitière aux contaminations et de proposer ainsi des mesures adaptées de
gestion et préservation des zones prairiales.
Les contaminants étudiés sont :
des éléments traces métalliques (ETM) : Cd, Cu, Pb et Zn sur une large échelle et un nombre
conséquent d’échantillons à l'aide d'une stratégie d'échantillonnage raisonnée : 22 fruitières retenues
avec 3 stations par fruitières,
des polluants organiques persistants (POP) : PCDD/Fs et PCB-DL dans une zone plus restreinte avec
des sites potentiellement influencés.
Mots clé : contaminants chimiques, transfert sol, herbe, lait,
Directeur de thèse : Pr. Pierre-Marie Badot, EA3184 usc INRA LBE, Besançon
Fascicule de thèses du département Ecologie des Forêts, Prairies et milieux Aquatiques
Octobre 2008
12
Transpiration et croissance de l'hévéa: influence du stress
hydrique et de la nécrose du tronc.
- Supat Isarangkool Na Ayutthaya [email protected]
Equipe Hydro –UMR PIAF
La sécheresse édaphique est l'une des principales contraintes qui limite actuellement l'extension de la
culture de l'Hévéa dans les zones du nord-est de la Thaïlande où les précipitations sont inférieures à
1500mm. Par ailleurs, la contrainte hydrique semble associée à une maladie émergeante se traduisant
par un dessèchement de la zone productrice de latex (Taping Panel dryness = TPD). Le lien direct
entre le stress hydrique et le TPD n’a pas encore été démontré, mais des résultats préliminaires
suggèrent une origine liée à un dysfonctionnement hydraulique de l’arbre.
L’objectif de la thèse sera d’analyser les effets d’une contrainte hydrique sur le fonctionnement
hydrique et hydraulique de l’Hévéa en conditions de plantation et d’établir l’existence d’une relation
causale éventuelle entre le stress hydrique subi par l’arbre pendant une sécheresse et le risque de
développement de la maladie TPD. L’hypothèse d’une origine hydraulique de la maladie sera testée.
Un second objectif sera d’analyser l’impact d’une irrigation contrôlée en plantation pendant la saison
sèche sur la croissance et la physiologie de l’Hévéa. On testera l’hypothèse d’un croissance accrue par
l’apport d’eau, et donc d’un raccourcissement de la phase d’installation de la plantation.
Les expérimentations sont conduites dans une plantation mature d’Hévéa en Thaïlande. Une partie de
la plantation sera irriguée, l’autre exposée à une sécheresse naturelle. Le fonctionnement hydrique des
arbres est analysé avec une approche de type écophysiologique via la mesure de paramètres de flux et
d’état : variables microclimatiques, teneur en eau du sol, potentiel hydrique foliaire, flux de sève,
variation de diamètre du tronc, conductance stomatique, indice foliaire etc. Une détection acoustique
des phénomènes de cavitation sera mise en place avec une technologie innovante. Une modélisation du
fonctionnement hydrique et carboné de l’hévéa en condition de stress hydrique sera effectuée par une
approche de type RER/RATP.
Mots clés : Sécheresse, Ecophysiologie, Fonctionnement hydrique, Nécrose corticale, Cavitation,
Hévéa.
Encadrant: Fréderic Do, IRD
Co-encadrant: Hervé Cochard
Fascicule de thèses du département Ecologie des Forêts, Prairies et milieux Aquatiques
Octobre 2008
13
Année de début de thèse : 2005
Fascicule de thèses du département Ecologie des Forêts, Prairies et milieux Aquatiques
Octobre 2008
14
Influence de la structure paysagère et de la répartition du
bois mort sur les communautés de Coléoptères saproxyliques
- Antoine Brin [email protected]
UMR BIOGECO, Bordeaux
Université Bordeaux I
Ecole Doctorale Sciences et Environnement (ED304)
Date de début de thèse : 17/01/2005
Le bois mort a été retenu comme l’un des indicateurs de la gestion durable des forêts. L’enjeu de notre
étude est double : tester cet indicateur et améliorer les connaissances sur lesquelles fonder des
modalités de rétention du bois mort pertinentes et favorables à la biodiversité saproxylique. Notre
approche est focalisée sur les Coléoptères qui représentent 20% des espèces saproxyliques.
Nous comparerons les influences du volume, de la diversité et de la composition des pièces de bois
mort sur la structuration locale des assemblages. En complément des questions posées à l’échelle
locale, nous étudierons les contributions relatives des descripteurs de bois mort mesurés à différentes
échelles dans le paysage environnant. On explorera également les autres composantes de la matrice
paysagère qui peuvent être déterminantes pour le maintien de cette fraction de la biodiversité associée
au bois mort.
Pour ce faire, l’inventaire du bois mort a été réalisé sur une grille d’échantillonnage systématique de
16 km par 16 km (145 points) dans le massif des Landes de Gascogne. L’échantillonnage des
Coléoptères saproxyliques a été conduit à l’aide de pièges à interception sur 41 points constituant une
sous-grille carrée de 7 km de côté. Des métriques paysagères seront mises en relation avec les
variables descriptives de la communauté saproxylique étudiée. Un échantillonnage par émergence de
différents types de bois mort (souche ou au sol, diamètre et stade de décomposition) permettra de
caractériser les assemblages associés.
Une liste provisoire de 232 espèces de Coléoptères saproxyliques a été dressée. Le volume local de
bois mort explique près de 70 % de la variation de la richesse spécifique observée dans les
peuplements. Les différents types de bois mort hébergent des assemblages complémentaires, suggérant
que l’indicateur « bois mort » ne pas se résumer simplement à un indice volumique.
Mots clefs : indicateur, biodiversité, gestion durable
Directeur de thèse : Hervé JACTEL, INRA, UMR BIOGECO, Bordeaux, France.
Codirecteur de thèse : Hervé BRUSTEL, Ecole d'Ingénieurs de Purpan, Toulouse, France.
Fascicule de thèses du département Ecologie des Forêts, Prairies et milieux Aquatiques
Octobre 2008
15
Effet des contraintes environnementales (Ozone et fort
CO2) sur le bois de jeunes arbres : étude de la formation du
bois et conséquences sur ses propriétés en tant que
matériau
- Nicolas Richet [email protected]
UMR EEF, Nancy
Université H. Poincaré, Nancy
Ecole doctorale : RP2E
Date de début de thèse : 01/10/2005
Depuis le début de l’ère industrielle, les activités humaines ont conduit à des modifications
importantes des facteurs environnementaux. Il s’agit en particulier de l’apparition de différents
polluants atmosphériques dont le plus préoccupant est l’ozone. Même si ce gaz est connu pour son rôle
protecteur vis-à-vis des UV au niveau de la stratosphère, il est toxique pour les êtres vivants lorsqu’il
s’accumule dans la troposphère. Actuellement, les teneurs de ce gaz augmentent considérablement
dans cette partie basse de l’atmosphère. Au début du siècle précédent, sa concentration avoisinait les
10 ppb (environ 20 μg/m3) tandis qu’elle atteint actuellement près de 60 ppb (environ 120 μg/m3). Cet
accroissement exponentiel ne semble pas diminuer et cela est principalement le fait de l’augmentation
du nombre de véhicules à moteurs.
Lors de la formation du bois, plusieurs phases se succèdent : division des cellules cambiales,
différenciation, expansion des cellules, formation de la paroi secondaire, lignification. Ces différentes
phases sont des cibles potentielles pour les différents stress environnementaux. Des modifications de
la formation du bois vont entraîner des changements de propriétés du bois. Indépendamment des
contraintes environnementales, les propriétés du bois varient suivant les espèces, mais aussi le long de
la tige pour un même arbre et également du coeur vers l’écorce. La qualité du bois, qui dépend de sa
composition chimique et de sa structure, conditionne son utilisation dans l’industrie forestière d’un
point de vue économique.
Le sujet de thèse consiste à soumettre de jeunes arbres à des contraintes environnementales proches de
celles rencontrées actuellement mais également de simuler les contraintes à venir.
Des expériences de croissance de jeunes arbres en conditions contrôlées suivies d’analyses
moléculaires, enzymatiques et de propriétés du bois permettront de répondre aux questions suivantes :
La formation du bois (analyses moléculaires de la biosynthèse des composés pariétaux) estelle modifiée en présence de concentrations élevées de CO2 et d’ozone ?
Les caractéristiques anatomiques du bois formé (épaisseur moyenne de paroi, forme des
cellules, agencement cellulaire) sont-ils affectées par la variation du taux de ces composés gazeux ?
Les propriétés (retrait, rigidité mécanique) de la paroi secondaire du bois sont-elles
modifiées ?
Mots clé : Lignine, Bois, Ozone, CO2
Directeur de thèse : Pierre Dizengremel, UHP, UMR EEF, Nancy, France.
Co-directeur : Mireille Cabané, UHP, UMR EEF, Nancy, France.
Fascicule de thèses du département Ecologie des Forêts, Prairies et milieux Aquatiques
Octobre 2008
16
Contribution à l’étude des variations spatiales des
composantes du bilan de Carbone d’un sol de forêt tropicale :
effet des espèces ligneuses sur la respiration du sol
- Laëtitia Brechet [email protected]
UMR 745 ECOFOG, Kourou
Ecole Doctorale RP2E
Université Henri Poincaré, Nancy I
Date de début de thèse : 01/10/2005
Il n’y a actuellement plus de doute concernant la forte implication des écosystèmes forestiers dans la
séquestration du carbone (C) atmosphérique, dont ≈2.1 Pg sont globalement stockés chaque année par
les écosystèmes terrestres (Schulze et al. 2006).Toutefois, le rôle des forêts tropicales dans le cycle du
carbone, en terme de flux échangés entres les différents compartiments que sont le sol, la biosphère et
l’atmosphère, reste aujourd’hui encore relativement incompris. Ces milieux hautement diversifiés sont
également caractérisés par de forts dégagements de CO2 au niveau du sol (Luyssaert et al. 2007). La
respiration du sol pouvant représenter jusqu’à 80% du flux qui s’exerce entre la biosphère et
l’atmosphère (Malhi et al. 1999) dans ces régions, est une composante du bilan de carbone. Ce flux
très variable (autant dans le temps que dans l’espace), intègre un grand nombre des processus du sol et
se divise en deux autres flux difficilement dissociables : la respiration racinaire et rhizosphérique et la
respiration des microorganismes décomposeurs de la matière organique. Les facteurs responsables des
variations de ces flux peuvent être abiotiques tels la texture du sol ou les conditions climatiques du
milieu (températures et précipitations) ou biotiques et donc directement dépendants de la végétation
présente sur le site (qualité/quantité de litière au sol et diversité des micro-organismes).
Question fondamentale et fascinante : quels sont les effets de l’exceptionnelle diversité des espèces
ligneuses structurant ces forêts sur la respiration du sol ?
Dans un premier temps, ce travail de thèse a contribué à compléter les connaissances de la dynamique
du système racinaire de différentes espèces ligneuses (qualité chimique, biomasse, croissance,
turnover et décomposition de racines fines) afin de pouvoir analyser dans un deuxième temps les effets
des caractéristiques de ces espèces sur la respiration du sol (microbienne et totale) à l’aide d’un
modèle sol, paramétré pour le site.
Mots-clés : bilan de carbone, espèces ligneuses, dynamique racinaire, forêt tropicale humide,
paramétrisation CENTURY, racines fines, respiration du sol.
Responsables : Dr. D. Epron (Encadrant) Université Henri Poincaré, UMR Ecophysiologie et
Ecologie forestière, BP 239, 54506 Vandoeuvre les Nancy cedex, France. [email protected]
Dr. S. Ponton (Co-encadrant), INRA-UMR Ecophysiologie et Ecologie forestière, Centre de recherche
de Nancy, F-54280 Champenoux, France. [email protected]
Dr. V. Le Dantec (Co-encadrante), UMR 5126, Centre d’étude spatiale de la Biosphère (CESBIO), F31401 Toulouse, France. [email protected]
Fascicule de thèses du département Ecologie des Forêts, Prairies et milieux Aquatiques
Octobre 2008
17
Des traits des graminées au fonctionnement de l’écosystème
prairial. Une approche de modélisation mécaniste.
- Vincent Maire [email protected]
UREP, Clermont-Ferrand
Université Blaise Pascal, Clermont-Ferrand
Ecole Doctorale Sciences de la Vie et de la Santé, Clermont-Ferrand
Date de début de thèse : 01/10/2005
L’objectif scientifique est de comprendre comment les caractéristiques intrinsèques d’une population
végétale conditionnent son fonctionnement et sa plasticité dans un écosystème de type ‘prairie
permanente gérée’. On cherchera notamment à comprendre les patrons de co-variation entre ces traits
fonctionnels, observés à l’échelle d’une plante entière.
La démarche repose sur la modélisation. Une analyse théorique orientée processus des relations entre
traits fonctionnels, compétition, diversité des plantes et fonctionnement des écosystèmes est
effectivement rare dans la littérature. Pourtant, comme le fonctionnement de l’écosystème est le
résultat d’une intégration d’échelles, la démarche de modélisation est essentielle pour les découpler et
les hiérarchiser.
L’équipe FGEP a développé un modèle, GEMINI (Grassland Ecosystem Model with INdividual
centered Interactions) qui intègre aux modèles biogéochimiques une représentation de la diversité, de
la plasticité et du rôle fonctionnel des agents biologiques (producteurs, décomposeurs,
consommateurs). Il simule ainsi les régulations des cycles C et N en prairie à une échelle locale de
l’ordre du dm2.
D’un outil de prospection scientifique, ma démarche est de faire évoluer ce modèle vers un outil
d’évaluation et de prédiction pour répondre à l’objectif scientifique de la thèse. Sur un aspect
technique, il s’agit d’entretenir, de documenter et de paramétrer le modèle. Le paramétrage est réalisé
à partir d’une analyse de sensibilité classique déterminant les paramètres indispensables à la
simulation. Les données (existantes ou acquises) sont issues d’un dispositif expérimental de type
collection intégrant 13 espèces de graminées prairiales natives et représentatives des prairies
permanentes de moyenne montagne (L.Pontes 2006).
Sur un aspect scientifique, il s’agit dans un premier temps de développer les fonctionnalités du modèle
pour comprendre l’écosystème "prairie permanente gérée" sous des conditions climatiques tempérées.
Puis, le modèle sera évalué dans un premier temps à partir du jeu de données issus du dispositif
collection sur lequel des modes contrastés de gestion sont appliqués, puis si possible sur des jeux de
données issus de projets dans lesquels l’équipe est engagée (ANR DISCOVER, QDIV). Des
collaborations pour le développement et l’évaluation du modèle sont en cours avec les équipes
partenaires de ces projets.
Mes résultats concernent pour ces 13 espèces de graminées:
Les co-variations des traits fonctionnels liés à l’acquisition et l’utilisation de l’azote et leurs
implications potentielles pour les interactions biotiques,
L’acquisition d’un jeu de paramètres dont une trentaine est spécifique,
La validation des hypothèses d’allocation des assimilats dans le modèle concernant la co-limitation de
la photosynthèse par la lumière et l’azote et l’équilibre fonctionnel,
L’évaluation du modèle sur la production de biomasse sous deux contraintes de gestion de la
fertilisation azotée,
La conséquence de la co-variation de 4 traits fonctionnels marqueurs des stratégies végétales sur le
fonctionnement simulé de ces espèces.
Mots clefs : Modélisation ; Cycles C-N ; Trait fonctionnel ; Prairie ; Graminées.
Directeur de Thèse : Jean-François Soussana, UREP, Clermont-Ferrand.
Fascicule de thèses du département Ecologie des Forêts, Prairies et milieux Aquatiques
Octobre 2008
18
Biodisponibilité du phosphore dans les sols landais pour les
peuplements forestiers de pins maritimes
- David Achat [email protected]
UMR 1220 TCEM, Centre INRA Bordeaux
Université de Bordeaux 1
Ecole Doctorale Sciences et Environnements
Début de thèse : 19/12/2005
Afin de garantir une gestion durable du massif forestier des Landes de Gascogne (maintient de la
fertilité et production élevée), des études sur la biodisponibilité du phosphore (facteur limitant) et la
croissance des pins sont nécessaires. Une évaluation pertinente et fiable de la biodisponibilité du P
passe par l’analyse quantitative des mécanismes d’acquisition par les racines, les processus
d’interception, de transport dans la solution (convection et diffusion) et de mobilisation à l’interface
solide-solution (diffusion, dissolution de minéraux phosphatés, minéralisation de composés
organiques, …).
L’objectif de la thèse est de faire une analyse quantitative et comparative des processus de
réapprovisionnement de la solution en ions phosphates afin de construire une modélisation intégrée de
la biodisponibilité. Les principaux processus considérés sont la diffusion (transfert d’ions du sol vers
la solution du fait d’un gradient de concentration induit par l’absorption racinaire) et la minéralisation
du P organique. La compartimentation du P (total, organique, microbien, minéral, diffusible et
dissous) permet une première approche dans l’évaluation des processus.
Les quantifications des compartiments du P et du flux de diffusion ont été réalisées dans 18
sites et à différentes profondeurs comprises ente 0 et 1,20 m. En surface, la teneur en P total est très
faible et variable (37 - 109 mg/kg). Les proportions des différents compartiments, en % du P total, sont
de seulement 1% pour le P en solution, de 20 à 80% pour le P organique, de 20 à 80% pour le P
minéral, de 2 à 27% pour le P diffusible en 1 semaine et de 2 à 20% pour le P microbien. La
proportion moyenne de P organique diminue en profondeur (de 54 en surface à 26% du P total dans la
couche 90-120 cm) et celle du P diffusible augmente (de 11 à 27% du P total). Ces résultats montrent
une importance variable de la diffusion dans le réapprovisionnement de la solution et suggèrent un
rôle plus dominant de la diffusion par rapport à la minéralisation en profondeur. Des résultats sur le
flux de minéralisation du P organique ont été obtenus au cours d’expériences d’incubations sur des
temps longs (jusqu’à 550 jours) et sont en cours d’interprétation.
Mots clefs : phosphore, biodisponibilité, forêt, podzol, Pin maritime
Directeur de thèse : Christian MOREL (UMR TCEM, INRA de Bordeaux)
Co-directeur: Mark BAKKER (UMR TCEM, ENITA de Bordeaux)
Fascicule de thèses du département Ecologie des Forêts, Prairies et milieux Aquatiques
Octobre 2008
19
Année de début de thèse : 2006
Fascicule de thèses du département Ecologie des Forêts, Prairies et milieux Aquatiques
Octobre 2008
20
Role of phosphatases secreted by the symbiotic microbial
populations associated with Pinus pinaster roots in the
ecosystem of Landes on phosphorus mobilization
- Ali Muhammad Arif [email protected]
UMR-1222: BSR INRA - SupAgro Montpellier
First inscription in thesis: 2006
The spodosoils of Gascogne are thought to be rich in organic phosphorus (Po) contents and very poor
in inorganic phosphorus (Pi) contents. Low Pi contents are considered due to immobilization or
complexation of Pi with Fe and Al compounds, which are abundantly present in these soils. The soils
are planted with Pinus pinaster on an area of one million hectares. This forest contributes to around
40% of total conifer wood production in France. The only available form of phosphorus (Pi) is the
main limiting factor for tree production due to its low concentration in these spodosoils. In natural
conditions, P. pinaster trees develop a symbiotic association with different fungal species to form a
structure called “ectomycorrhizae” (ECM). Trees supply carbon to ectomycorrhizal fungi and fungal
species help plants (1) to absorb efficiently mineral nutrients from soils, (2) to protect it from
pathogens and (3) to secrete biochemical exudates in rhizosphere. These exudates include organic
anions such as oxalate, which are capable to mobilize mineral P and different enzymes such as
phosphatases, capable to degrade organic P.
The main hypothesis I am addressing during my work is that “the phosphatases secreted by ECM
fungi can mobilize Po compounds in soils”. To study this hypothesis, I use two experimental
approaches (1) a field study and (2) laboratory experiments, with the following questions:
What is the actual contribution of organic P to total P in soils of Gascogne?
What are the magnitude and the variability of phosphatases activities in ECM as a function of soil P
status?
What are the key factors involved in the regulation of phosphatases secreted by ECM fungi in the
field?
Results obtained show that phosphatases activities in the field are highly variable between different
ECM morphotypes as well as with in ECM morphotypes. Further more principal component analysis
show that phosphatases activities do not have any direct relationship to various fractions of
phosphorus in soils. Annual application of fertilizers (N, P and K) with irrigation significantly
decrease plant root length as well as number and ECM morphotypes. Soils analysis represent Po as a
major fraction of total P except in soils receiving regular fertilizers application and it increases with
increase in plant age. Plant mobilization of NaOH-Po and Pi fractions in soils by plants grown in
rhizobox is significantly different from that of soils without plants, especially under treatments of
complete application of fertilizers and irrigation.
Key words: Phosphorus, ectomycorrhizae, Pinus pinaster, phosphatases activities
Director of thesis: Claude PLASSARD, UMR, 1222. Biogeochemistry of Soil and the Rhizosphere,
INRA-SupAgro, 2 Place P. Viala, 34060 Montpellier Cedex 01.
Fascicule de thèses du département Ecologie des Forêts, Prairies et milieux Aquatiques
Octobre 2008
21
Estimation de la productivité primaire du Pin maritime sous
deux climats contrastés par la méthode allométrique
- Olfa Shaiek [email protected]
EPHYSE (UR1263), Centre INRA
Université de Bordeaux 1
Géosciences et Sciences de l’Environnement
Date de début de thèse : 31/01/2006
La France et la Tunisie représentent respectivement les marges Nord et Sud de l’aire naturelle du Pin
maritime. Le sujet envisagé consiste à estimer et à comparer la productivité primaire nette du Pin
maritime dans ces deux zones biogéographiques contrastées.
Cette estimation se fera de façon comparative entre les peuplements de Pin maritime en Tunisie et des
plaines du Sud ouest du territoire français métropolitain par une méthode allométrique. La productivité
primaire nette annuelle en biomasse sera calculée à partir de données d’inventaire en diamètre des
arbres. Une question à laquelle on s’efforcera ici de répondre est la généricité des relations diamètrebiomasse qui sera testée ici pour deux populations et deux zones biogéographiques contrastées de la
même espèce.
L’approche allométrique appliquée en Tunisie, sera répétée à l’identique dans l’aire française pour
plusieurs sites de fertilité contrastée. Les données déjà disponibles (Porté et al. 2001, 2002, Shaiek
2005, et d’autres) seront mises à disposition pour la comparaison des équations de biomasse dans le
cadre de ce travail de thèse. Les équations mises au point et les éventuels effets de la fertilité
stationnelle, de l’âge et sylviculture, seront appliquées sur les données de l’inventaire forestier
national. Ce travail sera partie intégrante du volet Régional Experiment du projet européen
CARBOEUROPE).
En Tunisie, Le sujet proposé s’inscrit dans un vaste programme de recherche sur la productivité
primaire des essences naturelles de la Tunisie (résineux et feuillus).
Les variations de productivité au cours des 5 dernières années seront estimées par une approche
dendroécologique qui sera appliquée sur quelques parcelles homogènes en Tunisie et en France. Des
carottes de bois comprenant les 10 derniers cernes seront prélevées et la largeur du cerne et son
accroissement annuel seront reconstitués pour la période 1995-2005 après détermination au moyen du
logiciel de reconnaissance automatique Windendro. Les arbres morts ou abattus au cours de cette
période seront identifiés à partir des données d’inventaires antérieurs ou par inventaire de l’âge des
souches. Si la précision de cette reconstitution est suffisante on utilisera ces données pour évaluer les
performances d’un modèle éco physiologique de croissance sous ces conditions climatiques
contrastées.
Les résultats de ce programme seront utiles dans la gestion de ces forêts et renseignent sur leur rôle
dans la séquestration du CO2 atmosphérique et la lutte contre «l’effet de serre ».
Mots clé : biomasse, relations allométriques, productivité primaire nette, DBH, pin maritime
Directeur de thèse : Denis Loustau, Directeur de Recherche à l’unité EPHYSE (INRA de Bordeaux)
Co-directeur : M.H. El Aouni, Professeur à la Faculté des Sciences de Bizerte (Université 7
Novembre à Carthage, Tunisie)
Fascicule de thèses du département Ecologie des Forêts, Prairies et milieux Aquatiques
Octobre 2008
22
Détermination et caractérisation des facteurs de production
dans un massif de plantations clonales d’eucalyptus
- Fanny Bikindou [email protected]
UMR BEF Nancy Champenoux
Ecole doctorale : UR2PI
Date de début de thèse : 01/04/2006
Contexte
Afin d’assurer une gestion durable et une production soutenue des écosystèmes forestiers en général et
des plantations industrielles d’eucalyptus réalisées sur les sols pauvres des savanes de Pointe-Noire
(Congo) en particulier, une bonne connaissance des facteurs de production est nécessaire. Ceci permet
notamment d’établir des outils de prise de décision, utiles au gestionnaire forestier pour l’amélioration
de sa sylviculture et de ses aménagements. Ce travail de thèse dont l’approche est multifactorielle est
mené en relation avec d’autres travaux réalisés en aval sur l’Eucalyptus PF1 clone 1-41, notamment le
modèle de croissance E-Dendro (Saint-André et al. 2002) et les travaux sur les cycles biogéochimiques
(ex: Laclau 2001).
0bjectifs
La thèse vise à : (i) déterminer les facteurs du milieu qui expliquent la variabilité observée de la
production des plantations d’Eucalyptus au niveau du massif ;(ii) établir des indicateurs de production
des peuplements d’Eucalyptus dans les conditions écologiques de Pointe-Noire.
Expérimentations menées
Vingt parcelles ont été sélectionnées dans 2 unités de gestion EFC (le partenaire industriel, Eucalyptus
Fibre du Congo) qui représentent environ 1/3 du massif de 42000ha. Ces parcelles étaient choisies sur
la base des inventaires EFC et des indices de fertilité estimés par E-Dendro (Saint-André et al., 2002).
Au sein de ces 20 parcelles, 62 placettes ont été installées et dans lesquelles des mesures
dendrométriques (hauteur et circonférence) ont été faites afin d’estimer l’indice de fertilité local de
chaque placette. Cet indice est un indicateur de la qualité du milieu et sert comme variable d’entrée
principale du modèle de croissance. Trois arbres dominants ont été abattus pour mesurer les
caractéristiques foliaires (surface spécifique, concentrations en éléments minéraux) et racinaires
(longueur spécifique, concentrations en éléments minéraux). Dans chaque placette, 5 fosses de 50 cm
de longueur, largeur et de profondeur ont été creusées. Les échantillons de sol ont été prélevés à
différentes profondeurs (jusqu’à 2 m, soit 708 échantillons au total dont 416 ont été traités en priorité).
Sont mesurés : les caractéristiques physiques (densité apparente et analyse granulométrique en cours
au laboratoire de l’I.R.D de Pointe-Noire), les spectres NIRS, et sur un sous-échantillon (210), les
caractéristiques chimiques des sols (N, P, K, C, Ca, Mg, pH, CEC, somme des bases échangeables) par
les méthodes chimiques classiques. Par ailleurs sur un essai de gestion des rémanents d’exploitation,
une étude sur l’estimation de la biodisponibilité des éléments minéraux a été réalisée dans trois
situations nutritionnelles croissantes N0 (sans matière organique, MO), N1 (simple quantité de MO),
N2 (double quantité MO) à l’aide de résines échangeuses d’ion.
Résultats
Les résultats préliminaires de ces travaux montrent: (i) une variation de l’indice de fertilité allant de
25 m à 36 m pour l’ensemble des placettes étudiées soit respectivement un accroissement moyen
annuel de 4 m3/ha/an et 24 m3/ha; (ii) les caractéristiques chimiques des sols sont également variables
avec une faible teneur en bases échangeables (0.39-0.44), une faible capacité d’échange cationique
(0.47-0.56 me/100g) et également de faibles taux en matière organique (0.43%-0.58 %); (iii) les
analyses foliaires montrent également une forte variabilité (par exemple 1.12%-2.01% ; 0.09 %-0.20
% respectivement pour N et P) et des teneurs faibles comparées aux seuils définis par Bonneau (1995)
pour les espèces les moins exigeantes (par exemple, 2% à 2.5 % pour N et 0.15 à 0.18 % pour P); (iv)
les régressions linéaires multiples entre l’indice de fertilité des placettes et les analyses foliaires,
Fascicule de thèses du département Ecologie des Forêts, Prairies et milieux Aquatiques
Octobre 2008
23
racinaires ou chimiques du sol sont peu significatives excepté pour le magnésium foliaire qui montre
une corrélation négative avec l’IF (r²= 0.23); (v) par contre, les spectres NIRS expliquent 67 % de la
variabilité de l’indice de fertilité. L’analyse des données se poursuit avec d’autres méthodes
statistiques (ACP, PLS) pour expliciter les causes de cette variabilité.
Mots clés: Production, Facteurs du milieu, Indicateurs, Eucalyptus
Directeurs de thèse: Joseph Vouidibio (Congo, Université Marien Ngouabi de Brazzaville) Jacques
Ranger (INRA-Nancy, unité BEF).
Encadrants principaux : Laurent Saint-André (CIRAD, UPR 80/INRA-Nancy, Unité BEF), Philippe
Deleporte (CIRAD, UPR80)
Fascicule de thèses du département Ecologie des Forêts, Prairies et milieux Aquatiques
Octobre 2008
24
Modélisation tridimensionnelle de la dynamique des
peuplements forestiers tropicaux hétérogènes : Stratégies
de croissance et trajectoires de développement en forêt
dense humide sempervirente des Ghâts occidentaux de
l'Inde.
- Cécile Madelaine-Antin [email protected]
Amap, Montpellier
Ecole doctorale SIBAGHE à l'université de Montpellier
Date de début de thèse : 01/10/2006
Dans les milieux où la disponibilité des ressources est hétérogène, les arbres font preuve d’une
certaine ‘plasticité morphologique’ qui varie selon les espèces. C’est notamment le cas vis-à-vis de la
lumière, qui est considérée comme le principal facteur limitant la survie des espèces des forêts
tropicales humides et de l’espace. La réponse morphologique d’un individu à l’anisotropie de la
ressource lumineuse et de l’espace disponible peut se traduire de différentes façons : phototropisme de
l’arbre entier, syndrome de ‘shade-avoidance’, développement asymétrique de la couronne. Les
individus d’une même espèce peuvent donc présenter des différences morphologiques (hauteur totale,
diamètre du tronc, dimensions, forme et symétrie de la couronne), selon les conditions
environnementales locales dans lesquelles ils se trouvent.
L’objectif de cette thèse est d’intégrer la variabilité des paramètres morphologiques spécifiques dans
un modèle de dynamique d’un peuplement forestier hétérogène afin d’améliorer la prédiction de la
croissance des arbres. Pour cela, nous avons choisi une démarche basée sur l’étude des trajectoires de
développement de différentes espèces structurantes du peuplement étudié. Ces trajectoires seront
définies à partir de l’analyse des stratégies de croissance des espèces choisies et de leur réponse au
changement de conditions environnementales. D’un point de vue théorique, cette thèse sera aussi
l’occasion d’expliciter les notions de stratégie de croissance et de trajectoire de développement dans le
contexte des peuplements forestiers tropicaux hétérogènes et les critères permettant de les caractériser.
Ces termes seront ensuite replacés dans le contexte plus large des stratégies écologiques, des histoires
de vie et des groupes d’espèces, notamment par rapport aux tempéraments (ensemble des réactions de
croissance et de développement montrées par un arbre face à son environnement pendant son cycle de
vie).
Le site d’étude choisi est le dispositif d’étude permanent d'Uppangala qui a été à la base de nombreux
travaux (une quinzaine de publications dans des revues internationales et 5 thèses de doctorat ;
http://www.ifpindia.org/-Ecology-.html). Le modèle de dynamique sera basé sur l’adaptation et la
calibration d’un modèle développé sur des agroforêts indonésiennes par G. Vincent (IRD, AMAP) et
D.
Harja
Asmara
(ICRAF)
(http://www.worldagroforestry.org/sea/Products/AFModels/SExI/index.htm).
Mots clé : modélisation, forêt tropicale, dynamique forestière, architecture, Inde
Directeur de thèse : Pierre COUTERON, IRD, UMR Amap
Raphaël PELISSIER, Institut Français de Pondichéry
Fascicule de thèses du département Ecologie des Forêts, Prairies et milieux Aquatiques
Octobre 2008
25
Mobilisation du phosphore organique dans la rhizosphère des
arbres forestiers : régulation de la sécrétion des
phosphatases des champignons ectomycorhiziens. Approches
biochimiques et moléculaires.
- Julien Louche [email protected]
UMR R&S, Montpellier
Ecole doctorale : SIBAGHE
Date de début de thèse : 09/10/2006
La faible disponibilité du phosphore dans les sols est reportée comme étant un facteur limitant dans la
production de biomasse des écosystèmes forestiers. Cependant, les ligneux sont pratiquement toujours
associés à des partenaires fongiques via la formation d’un organe mixte symbiotique appelé
mycorhize. La mycorhize constitue une réelle zone d’échanges où l’arbre fournit du carbone au
champignon qui lui fournit en retour de l’eau et des éléments minéraux. De ce fait, la mycorhization
est très souvent associée à une amélioration de la nutrition phosphatée des plantes hôtes. Cette
amélioration de la nutrition phosphatée des plantes mycorhizées s’explique notamment par une
augmentation de la biodisponibilité du phosphore au voisinage des racines mycorhizées. L’hypothèse
majeure permettant d’expliquer cette augmentation de la biodisponibilité du Pi est la sécrétion par le
partenaire fongique de phosphatases acides. Ces enzymes ont la particularité de catalyser l’hydrolyse
des liaisons esters phosphoriques et anhydrides d’acides en libérant du Pi à partir des sources en
phosphores organiques présentes dans le sol. Cependant, on connaît peu les mécanismes moléculaires
responsables de la régulation de la synthèse de ces enzymes. Seules des hypothèses ont été avancées
(Burns, 1982), qui n'ont fait l'objet depuis 20 ans d'aucune démarche expérimentale pour les valider.
L’importance de ces enzymes dans la nutrition minérale des plantes implique de comprendre comment
le champignon gère sa production de phosphatases dans des conditions représentatives de celles de la
rhizosphère.
Afin de répondre à cette problématique, il a été choisi d’étudier au sein de l’unité les phosphatases
acides sécrétées par un champignon ectomycorhizien Hebeloma cylindrosporum. L’objectif principal
de la thèse est donc d’identifier les mécanismes biochimiques et moléculaires impliqués dans la
régulation de la synthèse de ces enzymes. L’hypothèse de travail est que la déficience en Pi induit une
augmentation du niveau d’expression des gènes de phosphatases acides. Pour répondre à cette
hypothèse, il a été choisi de suivre l’expression du (des) gène(s) de phosphatases acides identifié(s)
dans du mycélium extraracinaire et des mycorhizes en fonction de la biodisponibilité en Pi.
.
Mots Clefs : phosphatase acide, régulation, ectomycorhize, orthophosphate, Hebeloma
cylindrosporum
Directeur de thèse : Claude Plassard, INRA, UMR R&S, Montpellier, France.
Codirecteur de thèse : Hervé Quiquampoix, INRA, UMR R&S, Montpellier, France.
Fascicule de thèses du département Ecologie des Forêts, Prairies et milieux Aquatiques
Octobre 2008
26
Mécanismes sous-jacents de la productivité des plantations
d’eucalyptus au Congo : effets de la fertilisation et des
éclaircies
- Hugues Yvan Gomat [email protected]
Université Marien Ngouabi / UR2PI-CIRAD
UR1138 BEF
Ecole Doctorale Sciences-Naturelles et Agronomie
Date de début de thèse : 01/12/2006
Contexte de l’étude
La gestion du massif forestier de Pointe-Noire nécessite des outils performants de simulation de la
croissance des arbres et des peuplements ainsi que l’évaluation de la durabilité des plantations. La
modélisation de la dynamique des peuplements équiennes et mono-spéficiques est un sujet de
recherche très actif. Les approches adoptées par les chercheurs varient selon les objectifs et les
essences considérées : dendrométriques, écophysiologiques ou architecturales. Les plantations
d'eucalyptus dans la région de Pointe-Noire jouent un rôle socio-économique important et emploient
indirectement environ 1500 personnes. Ces plantations d'eucalyptus jouxtant la ville de Pointe-Noire
(environ 800 000 habitants) fournissent également une partie du bois énergie et réduisent la pression
sur les formations forestières naturelles autour de la ville. La durabilité de ces plantations est donc un
enjeu majeur, outre la prise en compte des fonction socio-économiques, le maintient du statut organomineral des sols s'impose (Laclau, 2001) : l'accroissement de la productivité des plantations et le
raisonnement optimal des intrants, qui représentent un coût majeur de la sylviculture, sont des facteurs
clés de la gestion durable de ce massif forestier.
Hypothèse et questions de recherche
Dans ce contexte et dans un cadre stationnel exceptionnellement pauvre (sols sableux très drainants et
pauvres chimiquement), notre hypothèse de recherche est qu’il existe une combinaison optimum de
densité de plantation et de fertilisation pour chaque clone d’eucalyptus et chaque situation écologique
qui permette de gérer au mieux la perrenité de la production. Les questions de recherches que nous
abordons dans ce travail de thèse, de façon multidisciplinaire (dendrométrie, écophysiologie, cycles
biogéochimiques) sont les suivantes : (i) quel est l’impact de la fertilisation et de la densité de
plantation sur la production de bois ?, (ii) les différences de production de bois sont-elles expliquées
par des différences de production primaire nette ou des différences d’allocation de biomasse ? (par
exemple pour une même productivité primaire nette, on peut allouer plus vers la production de litières,
et donc moins vers la production de bois), (iii) s’il existe des différences de production primaire nette
aérienne, ces différences sont-elles liées a des différences de surface foliaire (et donc d’interception de
la lumière), ou a des différences d'efficience d’utilisation de la lumière ?
Les objectifs scientifiques sont donc de comprendre, quantifier et modéliser l'impact de la fertilisation,
de la densité de plantation et des régimes d’éclaircies sur la production de bois et la structure des
peuplements. Les objectifs appliqués sont d’augmenter la robustesse des modèles de croissance de
façon à couvrir toutes les options sylvicoles (production de bois d’industrie ou de bois d’œuvre,
augmentation ou réduction des durées de rotation, adaptation des régimes de fertilisation etc.). Des
fiches techniques consacrées à la sylviculture " guide sylvicoles" seront éditées au profit du
gestionnaire du massif.
Méthode et résultats attendus
Au cours de la première année de thèse, nous avons mis en place un essai dédié pour répondre aux
questions posées, après une phase importante d’étude de la variabilité spatiale du sol de la parcelle
expérimentale (analyse des spectres NIRS sur 716 échantillons composites de sol). Cette analyse a
Fascicule de thèses du département Ecologie des Forêts, Prairies et milieux Aquatiques
Octobre 2008
27
permis de prendre en compte les zones de fertilité naturelles pour la mise en place du dispositif
expérimental (position des blocs et des traitements). Il sera alors possible d’explorer les différents
aspects de la production en séparant bien la part liée à la génétique (trois clones testés), de la part liée à
l’environnement (via la fertilisation) et celle associée à la compétition entre arbres (via les régimes
d’éclaircies). Cette étude apportera une contribution forte aux points suivants : (i) les variations de la
droite d’auto-éclaircie et l’indice de densité RDI (Reineke Density Index) (Reneike, 1933) et leur
applicabilité à des plantations à croissance rapide, (ii) les variations de l’efficacité d’absorption de la
lumière (LUE) en fonction du patrimoine génétique et du niveau de compétition dans le peuplement,
(iii) dissocier l’impact des facteurs « génétique, compétition, nutrition » sur les relations allométriques,
la croissance des arbres, la structure des peuplements (mortalité et distributions en taille).
Mots clés : Production, Densité, RDI, Auto éclaircie, Fertilisation
Directeur de thèse : Professeur Fidèle Mialoundama, Faculté des Sciences, Université Marien
NGOUABI/Brazzaville, République du Congo
Encadrant principal : Docteur Laurent Saint-André, UPR 80 CIRAD
Fascicule de thèses du département Ecologie des Forêts, Prairies et milieux Aquatiques
Octobre 2008
28
Simulation des impacts du changement climatique sur les
prairies et adaptations possibles
- Anne-Isabelle Graux [email protected]
INRA-URAC- Fonctionnement et Gestion des Ecosystèmes Prairiaux (FGEP), ClermontFerrand
Ecole doctorale Science et Vie de la Santé
Date de début de thèse : 01/12/2006
La préservation des stocks de carbone constitue aujourd’hui un enjeu majeur pour lutter contre
l’augmentation des émissions anthropiques de gaz à effet de serre (GES), responsable du changement
global (CG) du climat. Pour étudier les réponses des écosystèmes au CG, les prairies apparaissent
comme des modèles privilégiés, car faciles à manipuler expérimentalement, à dynamique rapide, et à
forte biodiversité. En outre, les prairies pourraient constituer un puits modéré de séquestration du
carbone atmosphérique (projet européen GreenGrass), avec cependant une forte variabilité entre sites
(climat, modes de gestion) et entre années. Mieux évaluer la place des prairies dans la séquestration du
carbone atmosphérique, apparaît donc comme un enjeux d’importance. De plus, compte tenu, entre
autres, de la spécificité des conditions environnementales et du contexte politico-économique, nous
pouvons faire l’hypothèse d’une variabilité régionale des impacts du CG. L’un de nos objectifs est de
fournir, à l’échelle européenne, des prédictions régionalisées à long terme des impacts du changement
climatique sur la production, la qualité et le bilan de GES des prairies. Un second objectif sera de
préciser, à l'échelle régionale, quelles adaptations des pratiques d’élevage seraient nécessaires pour
répondre aux impacts (Projet PREVOIR). Cela répond à l’importance et la diversité des attentes des
acteurs locaux vis-à-vis des conséquences possibles du CG. .
Notre démarche se basera essentiellement sur l’utilisation du modèle d’écosystème prairial PASIM
(Riedo et al., 1998), qui a déjà été utilisé pour simuler à l’échelle de l’Europe la contribution des
prairies au bilan de GES (Vuichard et al., 2007). Dans une première étape nous améliorerons la
version existante pour la rendre compatible avec nos objectifs de recherche. Nous essaierons d’affiner
ces premières estimations 1) en prenant en compte l’évolution de la dynamique de végétation prairiale
afin d'introduire une variabilité du couvert à l'échelle parcellaire 2) en paramétrisant le modèle à partir
de données collectées dans le cadre de projets Européens (Carboeurope IP et NitroEurope), et 3) en
forçant le climat avec des données à plus haute résolution obtenues par un changement d’échelle
appliqué aux sorties du modèle ARPEGE, pour les scénarios SRES (générés pour le 4ème rapport du
GIEC). L’interprétation des sorties du modèle (flux, variables agronomiques et environnementales)
devrait fournir de nouvelles prédictions de la contribution des prairies au bilan de GES. Dans une
seconde étape, plus finalisée, nous proposerons, à une échelle régionale, des adaptations envisageables
des pratiques d’élevage en tenant compte d’enjeux environnementaux et d’autres contraintes liées aux
systèmes de production. Ce travail se fera le plus possible en interaction avec les acteurs du milieu
agricole et les chercheurs.
Mots clés: prairie, changement climatique, modélisation, séquestration de carbone, biodiversité
Directeur de thèse : Jean-François Soussana (DR2 INRA Clermont-Ferrand, URAC, équipe FGEP),
co-directeur : David Hill, Pr., LIMOS, Université Blaise Pascal)
Fascicule de thèses du département Ecologie des Forêts, Prairies et milieux Aquatiques
Octobre 2008
29
Variations saisonnières et variabilité interspécifique des
échanges gazeux aux niveaux foliaire et des troncs des
arbres en forêt tropicale humide
- Clément Stahl [email protected]
UMR ECOFOG, Kourou, Guyane Française
Université H. Poincaré, Nancy 1
RP2E
Date de début de thèse : 01/12/2006
La forêt tropicale humide renferme presque la moitié de la biomasse terrestre aérienne, donc du stock
de carbone. Les études réalisées à l'échelle du globe suggèrent que le bilan de carbone de l’Amazonie
est nul voir légèrement négatif ("puits de carbone"). La mise en place de dispositifs de suivi sur le long
terme, basés sur des mesures in situ des échanges de CO2 ou H2O entre l’écosystème et l’atmosphère
à confirmé le rôle de puits de carbone pour des sites forestiers non perturbés. Ces approches - méthode
des corrélations turbulentes - nous renseignent sur le fonctionnement global de l’écosystème. Mais il
importe également de comprendre les variations intra- et inter-annuelles du fonctionnement des
différents compartiments qui le composent, en particulier dans l’objectif d’envisager une modélisation
de ce fonctionnement en réponse aux changements climatiques envisagés.
Mon projet de thèse consiste à s’intéresser aux variations saisonnières (contraste saison sèche / saison
des pluies) des échanges gazeux (CO2 et H2O) entre les compartiments foliaires et ligneux aériens des
arbres de cet écosystème et l’atmosphère, et d’étudier si les différentes espèces présentent des réponses
divergentes. Je chercherai à comprendre également les déterminismes de ces différences.
Nous faisons l’hypothèse qu’il existe une variabilité interspécifique forte des échanges gazeux
foliaires et ligneux pour les arbres adultes en forêt tropicale humide, et que les variations saisonnières
du climat (principalement la disponibilité en eau dans le sol) pourraient engendrer des modifications
du fonctionnement de certaines espèces (en saison sèche : régulation stomatique, diminution de la
transpiration, de la photosynthèse, de la respiration et de la croissance, augmentation de l’efficience
d'utilisation de l'eau), pouvant expliques les variations saisonnières des échanges gazeux entre
l’écosystème et l'atmosphère.
Nous proposons de caractériser la variabilité saisonnière et interspécifique des échanges gazeux des
arbres adultes structurant la canopée, en conditions in situ, à l’aide d’un échantillonnage important
d’espèces dans l’empreinte de la tour à flux appelée Guyaflux, située en forêt non-perturbée de
Paracou, en Guyane Française. Nous nous intéresserons plus précisément aux espèces dont le houppier
est accessible depuis la tour (18 arbres) avec des mesures continues de ces échanges (cinétique
journalière ; variations saisonnières). Nous voulons également savoir si les espèces regroupées suivant
leurs groupes successionels, proposent des réponses similaires, notamment au stress hydrique.
Mots clefs : photosynthèse, respiration, transpiration, forêt tropicale humide, sécheresse,
Directeur de thèse : Bernard Thibaut, DR1 CNRS Kourou
Co-directeurs : Damien Bonal, CR1 INRA Kourou
Fascicule de thèses du département Ecologie des Forêts, Prairies et milieux Aquatiques
Octobre 2008
30
Année de début de thèse : 2007
Fascicule de thèses du département Ecologie des Forêts, Prairies et milieux Aquatiques
Octobre 2008
31
Place du Douglas en France dans le contexte des
changements climatiques : Approches biogéographique,
dendroécologique et génétique de la ressource présente et
future
- Anne-Sophie Sergent [email protected]
UMR 1137 EEF, Nancy
Université d’Orléans
Ecole Doctorale Sciences et Technologies
Date de début de thèse : 01/10/2007
Le douglas, originaire de la côte ouest des Etat Unis, a été introduit en France dès 1842. Grâce à une
active politique de reboisement engagée par l'Etat depuis 1950, la France est devenue le pays européen
disposant de la ressource la plus importante en Douglas. Les disponibilités en bois de douglas, qui sont
aujourd'hui de 1.5 millions de m3 par an, vont progresser dans les années à venir. Les projections à
plus long terme se basent sur l’hypothèse d’un renouvellement en douglas de la plupart des
peuplements résineux arrivés à terme et sur le maintien de la productivité actuelle. Cette hypothèse est
peut être audacieuse dans le contexte des changements globaux. Les chiffres ainsi calculés annoncent
5.6 millions de m3/an vers 2035. Le douglas a acquis une réputation d’essence très plastique, qui peut
être utilisée sur de nombreuses stations forestières. Toutefois, les évènements climatiques extrêmes et
récurrents que la France a connus depuis 2003 commencent à avoir des effets inquiétants sur l’état
sanitaire de certains peuplements de douglas. Le travail de thèse comporte 3 volets complémentaires :
1- Etude des modèles de productivité élaborés dans l’aire naturelle du douglas aux Etats-Unis et
transposition en France, sous climat actuel et futur.
2- Etude dendroécologique de dépérissements avérés de douglas en France en lien avec une
description stationnelle, une analyse climatique et un calcul de bilan hydrique détaillé.
3- Etude des réponses au climat et en particulier aux évènements extrêmes des provenances de douglas
introduites dans des plantations comparatives en France.
A l’issue de ce travail, seront proposés des cartes de vulnérabilité face aux aléas climatiques pour les
plantations de douglas en France, ainsi qu’un classement des provenances de douglas en fonction de
leur résistance et de leur réponse aux accidents climatiques. Seront également proposés des indicateurs
permettant de raisonner les compromis performance vs. résistance.
Mots clé: Douglas, Dépérissement, Sécheresse, Changements climatiques
Directeur de thèse : Bréda Nathalie - INRA Nancy
Co-directeur : Rozenberg Philippe - INRA Orléans
Fascicule de thèses du département Ecologie des Forêts, Prairies et milieux Aquatiques
Octobre 2008
32
Impact des dépôts d’azote atmosphérique sur la biodiversité
des prairies à l’échelle du domaine atlantique français :
approche comparative et expérimentale
- Cassandre Gaudnik [email protected]
UMR 1202 BIOGECO, Bordeaux
Université Bordeaux 1
SVGSE (Sciences du Vivant, Géosciences, Sciences de l’Environnement)
Date de début de thèse : 01/10/2007
L’augmentation rapide de la pollution par l’azote atmosphérique, à la fois sous forme réduite (NHy),
provenant de l’agriculture intensive, et oxydée (NOx), issue des transports et de l’industrie, constitue
un des aspects du changement global. Cette pollution atteint les écosystèmes par des particules d’azote
qui se volatilisent, les dépôts secs, ou qui se combinent aux eaux de pluies, les dépôts humides.
Une étude britannique (Stevens et al., 2004) a montré pour la première fois un déclin important de la
biodiversité des prairies acides anglaises en relation avec les apports atmosphériques azotés s’opérant
sur un pas de temps de l’ordre de 40 ans.
La conservation de la biodiversité dans les écosystèmes patrimoniaux passe par une absence ou une
réduction de la fertilité. Or, l’ampleur des dépôts d’azote atmosphérique signifie que la probabilité
d’un changement écologique est grande.
Les objectifs se formulent suivant trois questions de recherche, définissant trois parties:
A. Le patron macro-écologique obtenu par Stevens et al., 2004 s’observe-t-il à une échelle
continentale sur le domaine atlantique français, en considérant la même communauté?
B. Est-il généralisable à d’autres types d’habitats, par exemple sur substrats calcaires ?
C. Quels sont les mécanismes locaux expliquant la réduction de biodiversité ?
La partie A consiste en une analyse comparative pour le même type de végétation que l’étude
britannique (prairies du Violion caninae) sur la façade atlantique française. L’objectif vise à définir la
gamme d’apports atmosphériques azotés pour laquelle une relation existe avec la richesse spécifique
végétale des prairies.
La partie B constitue une étude analogue sur des pelouses calcicoles du Mesobromion.
La partie C développe une approche expérimentale testant l’effet de l’azote (dose et forme) et de la
fauche. Elle vise à comprendre la part des interactions biotiques (compétition) et des processus
pédologiques afin de transférer ces connaissances vers les organismes gestionnaires d’habitats.
Mots clé : biodiversité, changement global, azote, végétation prairiale
Directeur de thèse : Didier ALARD, Professeur à l’Université Bordeaux 1
Co-directeur : Emmanuel CORCKET, Maître de conférence à l’Université Bordeaux 1
Fascicule de thèses du département Ecologie des Forêts, Prairies et milieux Aquatiques
Octobre 2008
33
Importance des parasites eucaryotes dans les systèmes
planctoniques lacustres
- Jean-François Mangot [email protected]
UMR CARRTEL, Thonon-Les-Bains
Université de Savoie, Le Bourget du Lac
Ecole Doctorale SISEO
Date de début de thèse : 01/10/2007
La plupart des études portant à l’heure actuelle sur la mortalité "algale" se sont focalisées sur deux
éléments de régulation, principalement sur les facteurs de contrôle physico-chimiques et
secondairement sur l’effet du broutage métazooplanctonique. Cependant, plusieurs travaux récents
menés en milieu aquatique ont souligné l’impact significatif du parasitisme dans le contrôle des
populations algales (Johansson & Coats, 2002; Park et al., 2002; Ibelings et al., 2004; Kagami et al.,
2004). L’enjeu principal de ce travail est d’étudier ce groupe fonctionnel habituellement peu pris en
compte par l’utilisation d’outils moléculaires nouveaux couplés aux méthodes d’investigation dites
plus classiques constitués par la microscopie et la mise ne culture après isolement.
Ce sujet de thèse, orienté préférentiellement sur l’étude du groupe des Perkinsozoa pour lequel la
confirmation de son rôle parasitaire et l’étude de son cycle de vie en milieu lacustre n’ont jusqu’alors
pas encore été traitées, vise à développer des objectifs de travail articulés autour de quatre axes de
recherche majeurs. Il s’agirait, par ce travail, dans un premier temps (i) de confirmer le rôle de
parasites du phytoplancton lacustre des Perkinsozoa, taxon considérés comme tel lors des travaux
réalisés par Lepère et al. (2006), (ii) si tel est le cas, de mettre en évidence des associations hôtesparasites, puis dans un second temps (iii) de poursuivre l'identification et l'analyse de la diversité des
taxons parasites présents in situ en particulier dans la fraction de taille planctonique supérieure à 5 μm,
et (iv) de mettre en relation la dynamique spatio-temporelle de ces organismes parasites avec celle des
communautés planctoniques.
En amont de ce projet de thèse, une caractérisation de la composition des organismes
picoeucaryotiques lacustres (<5μm) à travers une analyse moléculaire par clonage-séquençage a par
ailleurs été réalisée, permettant de révéler l'importance qualitative inattendue de groupes
potentiellement parasites (Fungi, Perkinsozoa). Ces premiers résultats ont alors donné lieu à un travail
d’élaboration de sondes oligonucleotidiques spécifiques ciblant et quantifiant les deux clades
constitutifs du groupe des Perkinsozoa et ont permis d’apporter un éclairage quantitatif sur ces
parasites potentiels. Ainsi, le groupe des Perkinsozoa (les deux clades confondus) représenteraient de
9 à 25% des eucaryotes totaux de taille comprise entre 0,2 µm et 5µm dénombrés dans l'épilimnion du
lac du Bourget (abondance relative obtenue en comparaison avec la sonde EUK1209R ciblant
l’ensemble des eucaryotes).
Ces résultats confirment l'importance quantitative de ces groupes parasites putatifs au sein des
organismes flagellés hétérotrophes (HF) du plancton lacustre.
Mots clés : Parasitisme eucaryote, Perkinsozoa, Dynamique, Diversité, Lac
Directeur de thèse : Dr. Isabelle Domaizon (MCF), Université de Savoie, UMR CARRTEL, ThononLes-Bains, France.
Co-directeur : Dr. Didier Debroas (Pr.), Université Blaise Pascal - UMR CNRS LMGE, Aubière,
France.
Fascicule de thèses du département Ecologie des Forêts, Prairies et milieux Aquatiques
Octobre 2008
34
Changements de la structure des forêts tropicales:
variations naturelles ou changements climatiques ?
- Ervan Rutishauser [email protected]
UMR AMAP, Montpellier
Univesrité Montpellier II
SIBAGHE
Date de début de thèse : 01/10/2007
Ecologie forestière
Les forêts tropicales constituent l’un des principaux stocks de carbone. Comprendre le rôle joué par
ces écosystèmes dans le cycle global du carbone est devenu un enjeu majeur, tant scientifique que
politique. Une meilleure compréhension des variations de la dynamique et de la structure des forêts
tropicales est nécessaire pour prédire le potentiel des forêts tropicales à perdre ou accumuler du
carbone.
De récentes études ont montré une augmentation du turn-over dans les forêts pantropicales (Phillips et
al. 2004), ainsi qu’une augmentation de la biomasse dans les forêts néotropicales (Baker et al. 2004).
Ces résultats ont été principalement attribués à une augmentation de la disponibilité en ressources
abiotiques, comme le CO2 et l’azote. Cependant ces résultats ont suscités une controverse scientifique,
mettant en évidence des erreurs statistiques et méthodologiques (Lewis et al. 2006, Wright 2006).
L’hypothèse de travail de cette thèse postule que les changements de dynamique forestière observés
dans le bassin amazonien et en Guyane Française (Phillips et al. 2004, Blanc et al. 2006) sont la
conséquence de processus naturels endogènes. Les forêts tropicales sont soumises à des régimes de
perturbations récurrents, à différentes échelles de temps et d’espace, allant de quelques mètres carrés
(châblis) à plusieurs centaines d’hectares (sécheresse El-Ninõ). Les forêts tropicales peuvent être
perçues comme une vaste mosaïque de zones à différentes étapes de régénération, caractérisables par
le développement du peuplement local. Hallé et al. (1978) ont décrit un développement architectural
général de l’arbre, composé de 3 stades: arbres du futur, du présent et du passé. Appliqué à l’ensemble
du peuplement, l’analyse architecturale permet une caractérisation fine de l’état de maturité de la forêt
et du potentiel de mortalité. Une caractérisation des la forêt par l’étude de la répartition spatiale des
différents stades de développement est en cours. Dans chaque zone décrite, une étude de la dynamique
(accumulation de biomasse, turnover, taux de mortalité) est ensuite effectuée.
Mots clés: Architecture des arbres, dynamique des forêts néotropicales, mortalité, biomasse et
stockage du carbone
Directeur de thèse : Daniel Barthélémy, UMR AMAP, Montpellier
Fascicule de thèses du département Ecologie des Forêts, Prairies et milieux Aquatiques
Octobre 2008
35
Influence des pratiques agricoles et de l’occupation des sols
depuis deux millénaires sur la végétation des forêts
lorraines
- David Etienne [email protected]
Laboratoire de Bio-géochimie des Ecosystèmes forestiers, INRA, 54 200 Champenoux
Laboratoire Chrono-environnement, Université de Franche-Comté, 25 000 Besançon
Ecole doctorale : RP2E
Date de début de thèse : 01/10/2007
Contexte scientifique et Objectifs:
L’utilisation de l’imagerie laser aéroportée (LIDAR) en contexte forestier a révélé la présence de
nombreuses implantations antiques au sein de massifs forestiers dits « anciens ». Parallèlement, des
études récentes démontrent l’impact de pratiques agricoles antiques sur la géochimie et la biodiversité
de sols actuellement forestiers (Dambrine et al., 2007).
De nombreuses dépressions humides de formes ovales, rondes ou en goutte, sont localisées au sein des
chênaies-charmaies-hêtraies implantées sur les terrains argilo-marneux du Keuper de Lorraine, ce sont
les « mardelles ». Certaines de ces structures possèdent une sédimentation tourbeuse sur laquelle s’est
développée une végétation de tourbière acide faisant de ces structures des îlots de biodiversité
floristique majeure dans cette région aux sols neutres. Des études paléo-environnementales sont initiés
au sein de ces structures (Ruffaldi et al., 2004) afin de décrire l’histoire et l’occupation anthropique au
sein de ces massifs forestiers dits « anciens », de s’interroger sur l’impact des pratiques agricoles
passées sur la biodiversité forestière actuelle et de tenter de répondre à la question de l’origine de ces
structures opposant théories anthropiques et géologiques depuis deux siècles.
Premiers résultats :
 Les premières datations radiocarbones réalisées sur plusieurs de ces structures dans une zone
géographique large datent le début de la sédimentation et donc leur formation de la période
Romaine aux périodes Mérovingienne/Carolingienne
 La palynologie (études des pollens fossiles) décrit un début de sédimentation marqué par une
forte présence anthropique (cultures céréalières, prairies/pâtures, rouissage) dès la base de la
séquence
 Les analyses polliniques distinguent une période d’emprise anthropique à partir de la période
Mérovingienne et une mise en culture de ces massifs forestiers actuels durant tout le Moyenâge
 Les études polliniques permettent également de dater la mise en place de ces massifs dans une
forme proche de l’actuelle à partir du 18ème siècle
Directeurs de thèse : DAMBRINE Etienne et RUFFALDI Pascale
Bibliographie :
DAMBRINE E., DUPOUEY J.-L., LAÜT L., HUMBERT L., THINON M., BEAUFILS T., &
RICHARD H., 2007 - Present forest biodiversity patterns in France related to former roman
agriculture. Ecology, 88 (6), 1430-1439.
Fascicule de thèses du département Ecologie des Forêts, Prairies et milieux Aquatiques
Octobre 2008
36
RUFFALDI P., RITZ F., RICHARD H., DAMBRINE E., & DUPOUEY J.-L., 2004 - Analyse
pollinique de la mardelle d’Assenoncourt (Moselle, France) : impact des pratiques agricoles sur la
biodiversité végétale en milieu forestier. In J.-L. Dupouey (ed.), Colloque Sylva 2004. INRA/ONF,
Nancy, septembre 2004, 69-77.
Fascicule de thèses du département Ecologie des Forêts, Prairies et milieux Aquatiques
Octobre 2008
37
Dynamiques saisonnières des réserves carbonées et azotées
chez le chêne sessile et le hêtre. Mise au point d’un outil de
diagnostic de la vitalité des arbres.
- Rana El Zein [email protected]
UMR 1137, Nancy
Université Henri Poincaré, Nancy 1
Ecole Doctorale RP2E
Date de début de thèse : 01/10/2007
La thèse s’inscrit dans la continuité des travaux déjà réalisés au sein de l’UMR, notamment la thèse de
Cécile Barbaroux (2002) dont une partie de son travail a porté sur « la gestion comparée des réserves
glucidiques chez le chêne sessile et le hêtre », ainsi que la thèse de Luis Manuel Valenzuela Nunez
(2006) qui a effectué une comparaison interspécifique de la dynamique saisonnière de composés
azotés et carbonés chez le chêne sessile, le chêne pédonculé et le hêtre aux stades juvéniles et adultes.
En effet, le stockage des réserves est une des fonctions majeures des arbres au même titre que
l’acquisition, le transport, la croissance, la défense et la reproduction. La gestion saisonnière et
pluriannuelle des composés de réserves peut expliquer la pérennité des arbres.
Nous travaillons sur deux espèces d’arbres feuillus au stade adulte : le chêne sessile «Quercus
petraea » et le hêtre « Fagus sylvatica », sur deux sites expérimentaux : Champenoux (chêne sessile) et
Hesse (hêtre) dans des conditions naturelles.
Nous étudions la dynamique saisonnière des réserves carbonées et azotées sur une période de deux ans
(octobre 2007- octobre 2009), afin de caractériser les périodes maximales et minimales de mise en
réserves. Nous portons plus d’intérêt aux réserves azotées moins exploitées chez ces espèces.
De même, une éclaircie réalisée en janvier 2008 sur du chêne sessile permettra d’étudier l’impact de
cette pratique forestière sur la gestion des réserves et par la suite sur la vitalité et la pérennité de cette
espèce largement cultivée en France pour son bois.
Des abattages d’arbres des deux espèces aux dates de maximum et de minimum de mise en réserves
sont réalisés afin de quantifier les réserves carbonées et azotées à l’échelle de l’arbre entier.
Une expérience spéciale de marquage au 15N en forêt sur du chêne sessile permettra de distinguer la
part d’azote provenant des réserves de celui nouvellement assimilée contribuant à la croissance au
printemps.
Mots clé : chêne sessile, hêtre, réserves, éclaircie, Protéines (VSP)
Directrice de thèse : Nathalie BREDA. Directrice de Recherche, UMR 1137, INRA Nancy
Co-directrices: Dominique GERANT (Maître de conférence, UHP Nancy) et Pascale MAILLARD
(Chargée de Recherche, UMR 1137, INRA Nancy)
Fascicule de thèses du département Ecologie des Forêts, Prairies et milieux Aquatiques
Octobre 2008
38
Bilan eau-carbone des mosaïques maïs-forêt du bassin
versant de la Leyre : Etude de plusieurs zones modèles sur
les 30 dernières années
- Marie Guillot [email protected]
EPHYSE, Bordeaux
Université de bordeaux I
Ecole Doctorale Sciences et Environnements
Date de début de thèse : 01/10/2007
La vallée de la rivière Leyre (Gironde, 33 et Landes, 40), principal affluent du bassin d’Arcachon
représente un enjeu écologique et économique majeur. C’est la seule vallée en France autour de
laquelle a été construit un Parc Naturel Régional (PNR). Le territoire du PNR est caractérisé par son
paysage très spécifique, composé d’une mosaïque de forêts entrecoupées de grandes cultures et de
zones urbaines. De nombreux conflits d’usages, notamment au sujet de la ressource en eau, sont
apparus ces dernières années.
Le travail de thèse porte sur le calcul des bilans eau, carbone de sous bassins versants inclus dans la
vallée de la Leyre et soumis à l’influence de la nappe phréatique plio-quaternaire. Pour ce faire, deux
types de modèle de fonctionnement de la végétation, un modèle spécifique des cultures et un des forêts
de Pin maritime, seront appliqués. Ils seront spatialisés sur les bassins versants étudiés en prenant en
compte les couplages végétation-nappe et végétation-atmosphère. Un modèle hydrologique permettant
de représenter la topographie de la nappe phréatique, ses échanges avec la végétation et avec le réseau
hydrographique, sera développé.
Nous développerons cette approche pour conduire une étude rétrospective sur la période 1980-2007.
Cette analyse aura notamment pour objectif d’identifier les changements (dérive climatique,
changement des pratiques culturales, changement d’utilisation des terres, événements climatiques
extrêmes) qui ont un impact mesurable sur les cycles biogéochimiques et de quantifier leurs effets en
termes de ressource en eau et de bilan de carbone.
Mots clé : Bilans, Carbone, Eau, Bassin versant, Landes.
Directeur de thèse : Denis Loustau, Directeur de Recherches
Co-directeur : Jean-Pierre Wigneron, Directeur de Recherches
Fascicule de thèses du département Ecologie des Forêts, Prairies et milieux Aquatiques
Octobre 2008
39
Les Planctomycetes en milieu lacustre : distribution,
facteurs de contrôle et implication dans le cycle
biogéochimique de l’azote
- Thomas Pollet [email protected]
INRA-UMR CARRTEL
Université de savoie
SISEO
Date de début de thèse : 01/10/2007
Les Planctomycetes constituent un phylum bactérien ubiquiste encore très peu connu, tant en terme de
dynamique que de rôle fonctionnel en milieu naturel. Les quelques travaux concernant ce groupe
bactérien effectués en milieu aquatique ont été réalisés majoritairement en milieu marin. Ceux réalisés
en eaux douces concernent exclusivement les milieux humiques ou les biofilms. Ces travaux suggèrent
que ces bactéries seraient fortement impliquées dans les processus clés du fonctionnement des
écosystèmes aquatiques comme le cycle de l’azote et la dégradation de la matière organique. Les
objectifs de cette thèse sont (1) d’étudier la distribution des Planctomycetes afin de déterminer les
facteurs qui contrôlent leur abondance et leur diversité au sein des écosystèmes lacustres, (2) de tester
les effets des nutriments azotés sur leur dynamique et leur diversité et (3) d’évaluer leur implication
dans le cycle de l’azote dans ces écosystèmes. Deux lacs aux caractéristiques environnementales
contrastées ont été choisis pour ce travail. L’objectif 1 sera atteint à l’aide de l’analyse en milieu
naturel (approche in situ) alors que les objectifs 2 et 3 seront atteints grâce à une approche plus
expérimentale (en microcosmes). Ce travail utilise des techniques classiques d’écologie aquatique
(microscopie, mesure des variables environnementales), des techniques modernes d’analyse au niveau
cellulaire (cytométrie en flux, hybridation fluorescente in situ) et de biologie moléculaire
(clonage/séquençage, DGGE, PCR quantitative en temps réel), ainsi que l’analyse statistique. La
première année (en cours) de thèse a été consacrée (1) au développement méthodologique qui nous a
permis de choisir le couple d’amorces à utiliser pour détecter et quantifier efficacement ces bactéries,
et (2) à la collecte des échantillons pour l’analyse de la variabilité spatiale (horizontale et verticale) et
inter-réplicats. Les analyses sont en cours et les résultats permettront d’affiner la partie expérimentale
prévue à partir du printemps 2009.
Mots clé : écologie microbienne lacustre, Planctomycètes, dynamique, diversité, rôle fonctionnel
Directeur de thèse : Tadonléké Rémy INRA-UMR CARRTEL
Co-directeur : Humbert Jean-François INRA-UMR CARRTEL
Fascicule de thèses du département Ecologie des Forêts, Prairies et milieux Aquatiques
Octobre 2008
40
La modélisation des flux hydriques le long du continuum solplante-atmosphère d’une forêt : participations des
différents réservoirs d’eau ; application dans une optique de
comparaison de réponses entre écosystèmes à des climats
futurs.
- Pauline Gaudin [email protected]
UMR 1137 EEF, Nancy
UPMC Université Paris 6
Ecole doctorale : EDSE
Date de début de thèse : 01/10/2007
On observe un intérêt grandissant pour les flux à l’interface végétation-atmosphère face aux
incertitudes liées aux perspectives de changements climatiques. Les phénomènes de sécheresse de plus
en plus fréquentes sont préoccupants. Les forêts couvrent de larges espaces et donc ont une
contribution majeure aux flux d’énergie et de masse. Parvenir à une meilleure compréhension des
échanges gazeux des forêts, de leur acclimatation potentielle le long des gradients climatiques et
notamment de leur réponse aux contraintes en situation extrêmes, est essentiel. Un outil pour évaluer
le rôle des écosystèmes forestiers est la modélisation. Notre travail est d’optimiser un modèle
d’échange de flux construit pour les cultures (Tuzet et al. 2003) pour qu’il soit adapté à un couvert
forestier. Le modèle couple conductance stomatique, photosynthèse et bilan énergétique des feuilles au
transport d’eau dans le continuum sol-plante-atmosphère. Le but de ce modèle est de prendre en
compte tous les facteurs qui contrôlent la conductance stomatique. Les évolutions journalières du
potentiel hydrique des feuilles, de l’absorption racinaire et de la transpiration de la canopée sont
prédites par le modèle en utilisant des variables météorologiques, le contenu en eau du sol et les
caractéristiques du sol et de la canopée. En parallèle du travail de modélisation, une étude approfondie
des flux hydriques d’une hêtraie va être réalisée. Le site d’étude : Hesse, se situe en Moselle, c’est une
forêt homogène. La campagne de mesure nous permettra d’obtenir des paramètres afin de calibrer et
d’utiliser le modèle sur le hêtre.
Mots clé : Modélisation, forêts, continuum sol-plante-atmosphère, transferts hydriques,
Directeur de thèse : Andrée Tuzet, INRA Grignon unité Environnement et Grandes cultures ;
Co-directeur : André Granier, INRA Champenoux unité Ecologie et Ecophysiologie forestière
Fascicule de thèses du département Ecologie des Forêts, Prairies et milieux Aquatiques
Octobre 2008
41
Facteurs controlant l’alteration biologique des mineraux
dans la rhizosphere des ecosystemes forestiers
- Christelle Collignon [email protected]
Biogéochimie des Ecosystèmes Forestiers, INRA Nancy
Ecole doctorale : RP2E
Date de début de thèse : 01/11/2007
Dans les écosystèmes forestiers à faible intrant, le sol constitue la principale réserve de nutriments. En
effet, l’altération des minéraux est l’un des processus les plus importants pour assurer le maintien de la
disponibilité des éléments nutritifs dans les sols forestiers. Plusieurs études suggèrent que les racines
des arbres et les microorganismes sont capables de modifier le flux d’altération des minéraux, en
fonction de la disponibilité des nutriments dans le sol. Dans ce contexte, en associant des études en
forêt et des expériences en laboratoire, l’objectif de cette thèse est de définir les principaux facteurs de
l’altération biologique dans la rhizosphère des arbres forestiers. Ce travail de thèse est divisé en trois
grandes parties.
La première partie, menée in situ dans un écosystème forestier acide (Breuil, Morvan, France) vise à
déterminer les variations saisonnières de l’altération biologique et voir si elles dépendent des besoins
nutritionnels des plantes. Une co-analyse de l’évolution temporelle de la phase solide du sol, de la
solution de sol et de l’activité biologique a donc été entreprise pour répondre à cette question.
La deuxième partie a pour objectif de valider le modèle conceptuel proposé lors de la thèse de C.
Calvaruso (2006). Ce modèle stipule une plasticité de l’écosystème et une complémentarité
fonctionnelle des différents partenaires biologiques (plante, bactéries, champignons) vis-à-vis de la
mobilisation des nutriments issus des minéraux du sol. Pour répondre à cette hypothèse, nous avons
couplées (i) des expériences en conditions contrôlées afin d’étudier l’altération biologique d’un
minéral de référence (la biotite) par l’action de différents acteurs (arbres, bactéries, champignons
ectomycorhiziens) en interactions ou non et (ii) des expériences in situ sur le site de Breuil, pour
étudier l’impact du chaulage sur la structuration des communautés bactériennes de la mycorhizosphère
de Scleroderma citrinum chez le chêne.
La troisième partie s’inscrit dans 2 projets communs (EC2CO et ANR) entre différents laboratoires.
Elle est basée sur l’hypothèse que la végétation et les microorganismes induisent un fractionnement
isotopique lors de l’altération des minéraux. Le but est donc de mettre au point des outils isotopiques
permettant de différencier les réactions d’altérations liées aux processus géochimiques et aux activités
biologiques à l’échelle d’un écosystème. Des expériences en microcosme ont été mises en place afin
de rechercher les signatures isotopiques du prélèvement de la plante, de l’altération biologique induite
par des agents altérants produits par les différents partenaires (plante, bactérie et champignon
ectomycorhiziens) et des types de mécanismes impliqués dans l’altération (complexolyse et
acidolyse).
Mots-clés : altération des minéraux, effet rhizosphère, altération biologique, variations saisonnières,
fractionnement isotopique
Directeur de thèse : Jacques Ranger, unité de Biogéochimie des Ecosystèmes Forestiers, INRA,
Nancy, France
Codirecteurs de thèse : Marie-Pierre Turpault unité de Biogéochimie des Ecosystèmes Forestiers,
INRA, Nancy, France ;
Pascale Frey-Klett et Stéphane Uroz, UMR Interactions ArbresMicroorganismes, INRA, Nancy, France.
Fascicule de thèses du département Ecologie des Forêts, Prairies et milieux Aquatiques
Octobre 2008
42
Impacts du changement climatique sur les bilans de carbone
et de gaz à effet de serre de la prairie permanente en lien
avec la diversité fonctionnelle. Étude expérimentale.
- Amélie Cantarel [email protected]
UREP, Clermont-Ferrand
Ecole doctorale est l’école SVS
Date de début de thèse : 01/11/2007
L’objectif scientifique est de comprendre comment les effets directs et indirects d’un scénario de
changement climatique agissent sur l’écosystème prairial et notamment sur les flux de gaz à effet de
serre (CO2, N2O et CH4) échangés avec l’atmosphère?
On cherchera à mettre en évidence les interactions entre les changements de diversité fonctionnelle
(traits végétaux, activités potentielles microbiennes) et ceux des cycles C-N sous l’influence d’un
scénario expérimental de changement climatique.
Le cadre général correspond à celui des hypothèses sur les liens entre fonctionnement d’un écosystème
et diversité suite à un changement de conditions environnementales (Suding et al., 2008), montrant la
présence d’effets directs sur les cycles biogéochimiques et d’effets indirects liés aux changements de
diversité. Une méthode de calcul permettant de séparer effets directs et indirects a été développée dans
l’équipe. Les effets directs attendus des facteurs expérimentaux sont pour partie connus (par exemple
enrichissement en CO2 : augmentation de la photosynthèse, mais avec possibilité d’acclimatation) et
pour partie mal connus (exemple : effet du réchauffement sur les échanges de CH4 avec le sol). Les
effets sur la diversité fonctionnelle demeurent souvent difficiles à prédire (exemple : effet du CO2 sur
la structure et les traits des communautés végétales). Les effets indirects des changements de traits
végétaux et de types fonctionnels microbiens sur les cycles biogéochimiques ont rarement été
analysés.
Afin de disposer de références expérimentales concernant les impacts d’un scénario climatique prévus
pour 2050, une expérience a été entreprise à partir de 2005 par l’équipe UREP de l’INRA de
Clermont. Le scénario socio-économique A2 (augmentation rapide des émissions de gaz à effet de
serre) a été retenu en utilisant la moyenne des modèles climatiques (GIEC, 2001) : réchauffement de
3.5°C, diminution de 20% de la pluviométrie estivale et augmentation de 200 ppm du CO2
atmosphérique. Un dispositif expérimental additif a été mis en place afin de tester les effets de ces
facteurs sur une prairie permanente gérée de manière extensive.
Sur un aspect plus scientifique, il s’agit (dans un premier volet orienté sur les flux de gaz à effets de
serres traces (N2O et CH4)) de mettre en place un système de mesures des flux de gaz traces et
d’accumuler un jeu de données afin de mieux comprendre la variabilité intra et inter annuelle en
fonction des traitements climatiques, les relations entre les flux et les facteurs abiotiques et enfin les
relations entre les flux et les traits de la végétation. Par la suite, nous approfondirons afin de mieux
comprendre les mécanismes et les interactions plantes-sol.
Et dans un second volet (orienté sur les flux de CO2 le bilan de carbone de la plante) de mettre en
place un système de mesures des flux de CO2 au niveau du couvert végétal, de mettre les résultats en
relation avec les flux dans le sol. Et d’approfondir à l’échelle de l’individu.
Mots Clefs : prairie, changement climatique, gaz à effet de serre, flux d’oxyde nitreux (N2O) et de
méthane (CH4), effets directs et indirects, photosynthèse.
Directeur de thèse : Jean-François Soussana, INRA, UREP, Clermont-Ferrand, France.
Co-encadrant: Juliette Bloor, INRA, UREP Clermont-Ferrand, France.
Fascicule de thèses du département Ecologie des Forêts, Prairies et milieux Aquatiques
Octobre 2008
43
Année de début de thèse : 2008
Fascicule de thèses du département Ecologie des Forêts, Prairies et milieux Aquatiques
Octobre 2008
44
Impacts du changement climatique (CO2, T, sécheresse) et
de la diversité végétale souterraine sur la démographie
racinaire et la respiration du sol d’une prairie permanente
- Rémi Pilon [email protected]
Unité de Recherche sur l’Ecosystème Prairial (UREP), Centre Clermont-Ferrand-Theix-Lyon
Université Blaise Pascal, Clermont-Ferrand
Ecole Doctorale Science et vie de la santé
Date de début de thèse : 01/01/2008
Dans les écosystèmes prairiaux, plus de 75% de la biomasse racinaire est répartie dans les 30 premiers
cm du sol (Dahlman et Kucera, 1965). Les litières racinaires représentent la principale source d’entrée
du C dans le sol, car en prairie permanente sous climat tempéré, la proportion de litière aérienne est
généralement négligeable. Les racines fournissent du C sous forme de litières lors de leur mortalité et
décomposition, mais aussi des rhizodépôts : exsudats, mucilage, poils absorbants, tissus desquamés.
Le changement climatique ( CO2, +3°C, sécheresse estivale -20%, scénario A2, IPCC2007) et la
diversité végétale souterraine devraient influencer de nombreux déterminants des flux de C vers le sol
d’une prairie permanente. Les processus liés à ces flux de C dans le sol (croissance, mortalité étudiées
par le minirhizotron et ingrowth cores, décomposition des racines par litterbag, respiration du sol,
respiration racinaire, respiration microbienne mesurée indirectement) seront ainsi mesurés à une
échelle infra-saisonnière sur plusieurs années. La qualité biochimique des tissus racinaires, la
morphologie racinaire et la détermination de la proportion des espèces réalisées par des calibrations
NIRS permettront aussi d’affiner l’analyse des relations entre traits fonctionnels et les entrées de C
dans le sol.
Les traits racinaires joueraient un rôle clé dans la réponse des flux de C du sol au changement
climatique. Si la densité des tissus racinaires augmente, leur turnover serait ralenti et leur vitesse de
décomposition dans le sol diminuerait, ce qui contribuerait à la saturation en C des sols prairiaux
(Polley et al 2002). Comprendre la dynamique de ces déterminants est importante pour améliorer les
connaissances sur l’évolution globale des stocks de C.
Mots clé : Racines, Graminées, Minirhizotron, NIRS, Respiration, composition chimique, changement
climatique
Directeur de thèse : Balandier Philippe : CEMAGREF UR Écosystèmes forestiers, Équipe Forêts
Hétérogènes, UMR de Physiologie Intégrative de l’Arbre Fruitier et Forestier (PIAF INRA)
Co-encadrante : Picon-Cochard Catherine Unité de Recherche sur l’Ecosystème Prairial (UREP)
Fascicule de thèses du département Ecologie des Forêts, Prairies et milieux Aquatiques
Octobre 2008
45
Trophic relationships in the rhizosphere of woody plants:
effect of the communities of fungi, bacteria and nematodes
on mineral nutrition of Pinus pinaster.
- Usman Irshad [email protected]
UMR-1222: BSR INRA - SupAgro Montpellier
SIBAGHE
First inscription in thesis: 01/09/2008
In terrestrial ecosystems, and more particularly forest ecosystems, the availability of macro nutrients
such as N and P is often limiting the plant growth. Generally, plants take up these macronutrients as
mineral ions from the soil solution. During plant growth, these mineral nutrients are assimilated into
complex, organic molecules that come back to the soil to be mineralized by the soil microbial
populations. This alternance of mineral and organic forms constitutes the bio-geo-chemical cycle of a
given element. In natural conditions, complex interactions between microbial populations and
microfaunal grazers create the actual biogeochemical environment of roots. So far, the responses due
to microfloral grazers (protozoa, nematodes, microarthropods) have been studied in herbaceous plants
and they are increased plant growth, increased N uptake by plants, increased N and P mineralization,
and increased substrate utilization. By contrast, there is very little data available on woody plants such
as gymnosperms that always form symbiotic associations with fungi on most of their root apices
through the formation of ectomycorrhizal roots (ECM). In the field, ECMs live with specific bacterial
populations called BAMs (Bacteria Associated with Mycorrhizae). BAM abundancy can be regulated
by trophic factors such as the availability of carbon and mineral nutrient, and biological factors such as
predation by bacterial nematodes that will result in positive and negative effects, respectively.
In this context, the hypothesis I will study during my thesis is that “the regulation of bacterial
populations in the vicinity of ECMs could produce flux of mineral nutrients from the mineralisation of
organic N and P previously accumulated in BAMs and modify nutrient availability for the tree”.
To study this hypothesis, I will use a woody species of great economic importance that is Pinus
pinaster, that contributes to about 40% of the wood production from conifer in France. I will combine
laboratory experiments and field studies to isolate nematodes and bacterial populations from soil and
ECMs to answer the following questions:
1) Does it exist interactions between bacteria or fungi and nematodes that feed upon?
2) What are the effect of such interactions on root growth and root architecture ?
3) Do these relationships influence nutrient availability and plant growth ?
The results presented in the poster have been obtained during a study carried out during my master
degree. In a first step, we have used a very simplified system with young seedlings of P. pinaster,
whether or not associated with the ectomycorrhizal fungus Hebeloma cylindrosporum. These seedlings
were grown alone or with Pseudomonas fluorescens previously labelled with 15N, with or without
nematodes isolated from soil sampled in a forest of P. pinaster. Our first results demonstrate that
nematodes are able to exert a positive effect on the mineralisation of 15N contained in bacteria.
Key words: microbial-faunal interactions; ectomycorhizes, nutrient cycling; plant nitrogen uptake;
rhizosphere.
Director of thesis: Claude PLASSARD, UMR, 1222. Biogeochemistry of Soil and the Rhizosphere,
INRA-SupAgro, 2 Place P. Viala, 34060 Montpellier Cedex 01.
Fascicule de thèses du département Ecologie des Forêts, Prairies et milieux Aquatiques
Octobre 2008
46
Suivi d’indicateurs physiques, géochimiques et biologiques
des modifications et de la restauration du fonctionnement
de sols forestiers soumis à un tassement mécanique.
- Noémie Goutal [email protected]
UPR 1138 BEF, Nancy
Ecole Nationale du Génie Rural des Eaux et des Forêts (ENGREF)
Ecole doctorale : RP2E
Date de début de thèse : 15/09/2008
La protection des sols est devenue une préoccupation collective. Malgré cette prise de conscience, des
engins forestiers travaillent encore sur des sols humides, exerçant à leur surface une contrainte
généralement supérieure à celle qu’ils peuvent supporter avant de se déformer de manière plastique.
Cette déformation peut affecter durablement leurs propriétés mécaniques, hydrauliques, chimiques et
biologiques.
De nombreuses conséquences de la compaction des sols ont été étudiées de manière isolée et peu de
modèles permettent de comprendre les interactions entre les différents constituants de l’écosystème
lors de l’application de contraintes. Afin de mieux cerner ces interactions, deux sites expérimentaux de
suivi du tassement des sols forestiers ont été mis en place en forêt des Hauts Bois (54) et en forêt de
Grand Pays (55). Ils présentent des sols très sensibles au tassement (limon sur argile) et légèrement
différents au niveau du pH et de la fertilité chimique ce qui laisse penser qu’il y aura des dynamiques
spécifiques de restauration naturelle. Ils permettront d’observer et de mesurer in situ et à long terme
nombre de paramètres affectés par le tassement.
L’objectif de la thèse est de mieux comprendre comment les paramètres physiques, chimiques et
biologiques du sol sont modifiés et se restaurent suite à l’application d’une contrainte connue. Le
travail consistera à suivre la distribution des gaz dans l’atmosphère à différentes profondeurs, les
coefficients de transferts des fluides, les solutions de sol et la résistance à la pénétration afin de
caractériser la contrainte à l’enracinement (hypoxie et résistance du sol) et son évolution après un
tassement mécanique. Ces mesures seront analysées en prenant en compte toutes les autres
observations réalisées sur les dispositifs (conductivité hydraulique, mesures électriques et
magnétiques, topographie, planimétrie, relevés biologiques…).
Mots clé : compaction, sols forestiers, modification et restauration de l’écosystème.
Directeur de thèse : Jacques RANGER, INRA BEF, Nancy.
Fascicule de thèses du département Ecologie des Forêts, Prairies et milieux Aquatiques
Octobre 2008
47
Plasticité architecturale de quelques espèces de forêts
méditerranéennes : variabilités intra- et inter-spécifique de
la réponse des arbres à la sécheresse.
- Taugourdeau Olivier [email protected]
UMR AMAP : Montpellier
Université Montpellier II
Ecole doctorale : SIBAGHE
Date de début de thèse : 01/10/2008
En écologie forestière, un grand thème de recherche est la compréhension de la structure du
peuplement forestier et l’impact de pressions biotiques et abiotiques sur cette structure. Les pressions
abiotiques les plus étudiées et préoccupantes sont les effets des changements climatiques.
La plasticité phénotypique, qui correspond à la capacité d’un génotype à produire différents
phénotypes en fonction d’une modification environnementale, est prédominante quand l’adaptation et
la dispersion deviennent difficiles ce qui est le cas pour l’aridification rapide de la région
méditerranéenne.
Lorsqu’on s’intéresse à la plasticité phénotypique des arbres, il est nécessaire de pouvoir appréhender,
à la fois, la complexité de leur structure ainsi que leur dynamique au cours de l’ontogénie. Cela est
possible avec l’approche architecturale, qui permet l’étude de la structure et de la dynamique des
plantes à partir de la compréhension des processus endogènes qui en sont à l’origine et la modulation
de ces processus par l’environnement.
Les objectifs de cette thèse sont d’aborder la plasticité phénotypique des arbres, en réponse à la
sècheresse, avec une approche architecturale afin d’appréhender la variabilité de la réponse
phénotypique en fonction de l’ontogénie de l’arbre et d’évaluer sa variabilité intra- et interspécifique.
Il s’agit d’analyser la variabilité à plusieurs niveaux d’organisation de la plante : de la pousse annuelle
à l’arbre entier dans le peuplement. Une autre partie du travail comprend une réflexion sur le couplage
des approches expérimentales et modélisatrices.
Cette thèse sera réalisée sur des arbres de forêt méditerranéenne (hêtre, sapin, pin, chêne, …) à la fois
en milieu naturel (dans des sites ateliers de l’INRA d’Avignon) et en dispositifs expérimentaux
préexistants.
Mots clé : Architecture végétale, plasticité phénotypique, espèces méditerranéennes, croissance,
sècheresse
Directeur de thèse : Barthélémy Daniel, INRA UMR AMAP, Montpellier
Co-directeur: Sylvie Sabatier, CIRAD UMR AMAP, Montpellier
Fascicule de thèses du département Ecologie des Forêts, Prairies et milieux Aquatiques
Octobre 2008
48
Influence de la diversité des litières sur les cycles
biogéochimiques en forêt tropicale humide
- Sandra Barantal [email protected]
UMR ECOFOG, Kourou
Université Montpellier 2
Ecole Doctorale : SIBAGHE
Date de début de thèse : 01/10/2008
Dans le contexte d’érosion globale de la biodiversité, un enjeu scientifique majeur est d’appréhender
les conséquences d’une telle perte sur le fonctionnement des écosystèmes. La majorité des études se
sont intéressées à la relation entre la diversité et la production primaire des écosystèmes tandis que
d’autres processus écosystémiques fondamentaux comme la décomposition et le recyclage des
nutriments ont été bien moins étudiés. Mon projet de thèse consiste à comprendre les mécanismes du
rôle de la diversité des litières sur le recyclage des nutriments en tenant compte de la composante
biotique qui conduit également ce processus, les organismes décomposeurs. Plus précisément, j’étudie
le rôle des mélanges de litières sur le fonctionnement, la composition des communautés de
décomposeurs et l’effet en retour sur la disponibilité en nutriment pour les végétaux. Différentes
hypothèses seront testées : (i) la diversité stœchiométrique Carbone : Azote : Phosphore dans les
mélanges de litières permet une levée des contraintes nutritionnelles pour les microorganismes (ii) la
diversité des substrats chimiques dans les mélanges favorise la diversité et/ou l’activité des
communautés microbiennes. La manipulation de la disponibilité des ressources (Carbone, Azote,
Phosphore) en laboratoire et en forêt, permettra de comprendre le rôle de la diversité des litières pour
les contraintes stœchiométriques des microorganismes. Une expérimentation en microcosmes
réunissant toutes les combinaisons possibles parmi six espèces de litières aux qualités contrastées
permettra de tester l’interdépendance de la diversité entre les plantes et les microorganismes. Pour
comprendre plus finement cette relation, la manipulation de la diversité des composés carbonés
(caractérisés par des niveaux de décomposabilité différents) indépendamment de la diversité végétale
sera effectuée. Pour ces expérimentations, la vitesse de décomposition, la minéralisation ainsi que
plusieurs paramètres microbiens seront mesurés (respiration basale, biomasse microbienne, activités
enzymatiques, composition des communautés microbiennes par le profil des acides gras
membranaires, diversité spécifique et fonctionnelle des communautés microbiennes).
Mots clé : décomposition des litières, diversité fonctionnelle, stœchiométrie, carbone, nutriments.
Directeur de thèse : Stephan Hättenschwiler (CEFE-CNRS Montpellier)
Co-directeur : Heidy Schimann (UMR ECOFOG – Kourou) et Nathalie Fromin (CEFE-CNRS
Montpellier)
Fascicule de thèses du département Ecologie des Forêts, Prairies et milieux Aquatiques
Octobre 2008
49
Causes fonctionnelles du dépérissement des sapinières
(Abies alba Mill.) de l’arrière pays méditerranéen.
- Maxime Cailleret [email protected]
URFM, Avignon
Université Aix-Marseille 3
Ecole doctorale Sciences de l’Environnement
Début de thèse : 01/11/2008
De nombreuses recherches ont permis d’estimer l’effet des changements globaux sur la productivité,
mais peu concernent leurs effets en termes de mortalité ou de dépérissement, éléments pourtant
déterminants de la dynamique forestière. La probabilité de mortalité « régulière » a été largement
étudiée, mais l’effet d’événements extrêmes (sécheresses, attaques d’insectes), le type d’arbres ou de
zones bioclimatiques touchées par ces dépérissements est moins documenté. Ces questions sont
primordiales face à la probable augmentation de l’intensité et la fréquence des sécheresses édaphiques
et atmosphériques. La problématique sera traitée sur une espèce commune de l’arrière pays
méditerranéen montagnard : le sapin pectiné (Abies alba Mill.), une des espèces arborées ayant le plus
de risques d’être affecté par le changement climatique (Ohlemüller et al. 2006). Cette thèse a pour
objectif d’analyser les causes fonctionnelles de ce dépérissement, et d’estimer l’importance des
facteurs le prédisposant (conditions stationnelles ; croissance passée ; gestion forestière ;
pathogènes...). De plus, cette étude vise à mieux définir quels sont les impacts directs et indirects, à
court et à long terme d'un stress hydrique prononcé (e.g. été 2003) sur la vitalité d’un arbre ou d’un
peuplement. Nous essaierons d’en déduire quelques éléments sur l’effet des perturbations sur ce type
d’écosystème et les possibilités de résilience. Pour atteindre nos objectifs, nous effectuerons des
analyses de croissance (dendrochronologie, dendromicrométrie) et des mesures écophysiologiques
(photosynthèse, traits foliaires, potentiel hydrique). Nous testerons l’effet du niveau de défoliation, de
l’altitude, des conditions stationnelles, et l’effet de la région géographique (Mont Ventoux, forêt de
l’Issole, Vésubie) qui combine la provenance génétique et le macroclimat. La partie hydraulique
(vulnérabilité à la cavitation, flux de sève, eau du sol) sera abordée par d’autres équipes, et complétera
notre analyse. L’objectif final étant d’améliorer les modèles de prédiction de mortalité à base
dendrochronologique, en y intégrant une partie fonctionnelle.
Mots clés : Dépérissement, changement climatique, vulnérabilité, dendrochronologie, écophysiologie
Directeur de thèse : Davi Hendrik (INRA, URFM Avignon)
Fascicule de thèses du département Ecologie des Forêts, Prairies et milieux Aquatiques
Octobre 2008
50
CT2
Interactions entre espèces au sein des écosystèmes
Les recherches portent sur la biodiversité spécifique dans les communautés et sur des
associations plus durables et intimes entre hôtes et agents symbiotiques ou pathogènes
(microparasites, champignons, bactéries, virus). Elles se concentrent sur les patrons
d’assemblage des communautés et sur les interactions biotiques entre traits de vie. Les
principaux objets et phénomènes étudiés concernent : les réseaux trophiques; la
structure, la diversité et la dynamique des communautés ; les symbioses
(ectomycorhiziennes) ; les bioagressions et les relations hôtes – parasites. On
s’intéresse aux processus démographiques (mortalité, reproduction, dispersion) et
d’interaction (compétition, résistance et virulence, mutualisme, prédation). Plusieurs
types de communautés sont étudiées : (i) les peuplements d’insectes forestiers et des
milieux ouverts adjacents (valeur patrimoniale, impact sur la santé des forêts, rôle
d’auxiliaire des cultures) ; (ii) les communautés microbiennes et fongiques (effet sur la
santé de populations d’intérêt [parasitologie, épidémiologie, pathologie forestière],
contribution au fonctionnement des écosystèmes [productivité, cycles
biogéochimiques], valeur intrinsèque [champignons comestibles]) ; (iii) les
communautés d’invertébrés aquatiques (rôle dans le fonctionnement trophique) ;
(iv) les peuplements végétaux, prairiaux, forestiers ou aquatiques, et les peuplements
de
vertébrés,
terrestres
et
aquatiques
(ressource
exploitée).
Fascicule de thèses du département Ecologie des Forêts, Prairies et milieux Aquatiques
Octobre 2008
51
Année de début de thèse : 2006
Traceability of mycorrhizal fungi
- Marlis Reich [email protected]
INRA, UMR 1136, Champenoux
Université H. Poincaré, Nancy I
Start of thesis: 15/02/2006
Mycorrhiza is a wide-spread symbiosis between land plant roots and fungi. The fungi provide their
plant partner with water and nutrients and obtain in return carbohydrates. Until now, several kinds of
mycorrhiza are described, differing in structure and interaction partners. As mycorrhiza has a large
impact on the distribution, stress tolerance and health of plants, research work focuses more and more
on their agricultural and forestal application. For that it is important to describe the fungal
communities in different ecosystems and associated with different host genotypes. Furthermore,
technics have to be developed, with which the development and maintanance of in field brought
strains can be traced.
The goal of my research project is (i) to design high-throughput molecular tools for detection of
mycorrhizal fungi, (ii) to describe the genetic structure of mycorrhizal fungi communities in selected
field and forest sites with the drafted molecular tools and (iii) to describe the impact of different poplar
genotypes on the mycorrhizal community. Hereby, I will focus only on the ectomycorrhiza (ECM) and
the arbuscular mycorrhiza (AM), as they are wide-spreaded in the temperate climate zone.
Fungal communities can be described by molecular technics as array methods, which allow to
detect several fungi at the same time, independent from their morphological appearance. On an array,
short specific DNA-sequences (oligonucleotide) for each species are spotted, which will hybridise
with the species DNA. As target sequence for the oligonucleotide design, I used the internal
transcribed regions (ITS), as they vary on the species level.
Key words: mycorrhiza, fungal community, array technic, poplar trees, genotypes
Supervisor: F. Martin, M. Buée (INRA Champenoux), A. Polle (University of Göttingen)
Fascicule de thèses du département Ecologie des Forêts, Prairies et milieux Aquatiques
Février 2007
53
Analyse des peuplements ichthyologiques récifaux et de
leurs usages pour l’élaboration d’un suivi à long terme. Étude
dans la zone du projet Koniambo (Koné, Nouvelle-Calédonie)
- Nicolas Guillemot [email protected]
UMR 985 ESE, Agrocampus Ouest
Ecole doctorale VAS, rennes
Date de début de thèse : 01/07/2006
Les récifs coralliens sont des écosystèmes abritant une très grande biodiversité. Ils représentent une
ressource économique, à travers la pêche et le tourisme. Les rapports sur l’état des récifs coralliens
mettent en garde contre leur dégradation. L'une des causes principales est la croissance
démographique. La demande accrue des marchés engendre des situations de surpêche et des
dégradations importantes des habitats. Une telle situation impose des mesures de gestion dans un souci
de préservation de la biodiversité et de développement durable des activités qui en dépendent.
En Nouvelle-Calédonie, le projet minier qui concerne l’exploitation du Nickel du massif du Koniambo
aura des conséquences sur les écosystèmes récifo-lagonaires. Le projet devrait entraîner une
augmentation démographique et une hausse de la pression de pêche sur les ressources en poissons.
C'est à cette composante halieutique de l'impact de ce projet que cette thèse s'intéressera. L’objectif
général est de mener une étude des ressources récifo-lagonaires en poissons pour élaborer leur suivi
face à une augmentation des activités de pêche. Pour atteindre cet objectif, il est nécessaire d’aborder
les questions suivantes :
1 - Quelles sont les caractéristiques des peuplements ichtyologiques et leurs variations spatiotemporelles?
Des campagnes d'échantillonnage par observations en plongée donnent accès à des informations sur
les peuplements de poissons récifaux. Ces données seront analysées afin de comprendre la structure et
le fonctionnement de ces peuplements. L'accent sera mis sur la caractérisation de leur variabilité
spatiale et temporelle en liaison avec les facteurs environnementaux et l’habitat.
2- Comment mettre en place un suivi des ressources halieutiques soumises à une pression de
pêche croissante ?
La mise en évidence de bioindicateurs permettra d’alléger le suivi de l’impact de la pêche et ainsi
d’optimiser la surveillance de l’état des ressources. Les analyses réalisées permettront de mettre au
point et une méthodologie visant à améliorer le suivi d’un écosystème soumis à une pression de pêche
croissante.
Mots clés : Ecologie halieutique, surveillance côtière, étude d’impact, récifs coralliens
Directeur de thèse : Le Pape Olivier, Agrocampus Ouest, Laboratoire d’Ecologie Halieutique, UMR
ESE
Co-directeur : Pascale Chabanet, Université de la Réunion
Fascicule de thèses du département Ecologie des Forêts, Prairies et milieux Aquatiques
Février 2007
54
Régularité d’expression des processus de croissance,
ramification et floraison chez quelques espèces de Cecropia.
Application à l’estimation de l’âge de zones perturbées.
- Paul-Camilo Zalamea [email protected]
UMR AMAP (botAnique et bioinforMatique de l’Architecture des Plantes)
Université Montpellier 2 et Université de Los Andes
Ecole Doctoral SIBAGHE
Date de début de thèse : 01/08/2006
Le genre Cecropia regroupe des arbres pionniers, à croissance rapide, qui colonisent les aires
défrichées et les milieux ouverts à fort ensoleillement. Tout au long de la vie de la plante il est possible
de retrouver a posteriori les cicatrices de feuille, d’inflorescences et de branches. En décrivant les axes
nœuds à nœuds il est possible de construire des séquences d’événements ou l’index est le métamère et
les variables associées la longueur de l’entre-nœud, la présence de fleurs, de branches, ou de leurs
cicatrices. En analysant ces séquences avec des outils statistiques issus de l’analyse des séries
temporelles il est possible de mettre en évidence des régularités structurelles (par ex: nombres de
nœuds séparant 2 étages de branches) et de proposer une interprétation sur l’organisation dans le
temps des processus de croissance, ramification et floraison qui mène à l’édification de l’architecture
des représentants de cette espèces. C’est en suivant cette démarche de récents travaux menés en
Guyane française et Colombie sur C. obtusa et C. sciadophylla ont démontré une forte périodicité
annuelle pour les processus de croissance, de floraison et de ramification chez deux espèces. Le fait le
plus remarquable est la grande régularité dans le nombre de feuilles émises chaque année avec 35
nœuds pour C. obusa et 25 nœuds pour C. sciadophylla. Cette régularité peut permettre déterminer
l’âge d’un individu et de retrouver sa croissance passée (Heuret et al., 2002 ; Zalamea et al., 2008). Le
déterminisme d’une telle régularité dans le développement et la plasticité de ce schéma en fonction de
l’environnement, la perspective de pouvoir dater précisément l’âge de ces plantes et ainsi l’âge de la
perturbation à l’origine de l’installation de ces plantes pionnière est particulièrement novatrice. Vu la
vaste répartition du genre en Amérique central et du sud, les potentialités d’utilisation d’une telle
plante marqueur sont considérables pour travailler sur les différentes trajectoires que peuvent prendre
ces forêts en recoupant de nombreuses situations. Par ailleurs, travailler sur la plasticité de ces plantes
en fonction du milieu et notamment de la structure ou de la richesse du sol pourrait permettre, par
méthode inverse, de diagnostiquer le milieu ou la dynamique de revégétalisation à partir de la structure
des plantes.
Mots clé : Morphologie des plantes, périodicité, phénologie, Cecropia, Colombie et Guyane
Française.
Directeur de thèse : Daniel Barthélémy, UMR AMAP, Montpellier.
Codirecteur de thèse : Pablo Stevenson, Université de Los Andes, Bogota.
Fascicule de thèses du département Ecologie des Forêts, Prairies et milieux Aquatiques
Février 2007
55
Clonage positionnel des gènes impliqués dans la symbiose
ectomycorhizienne chez le basidiomycète Laccaria bicolor et
le Peuplier.
- Jessy Labbé [email protected]
Interaction arbres/Microorganismes (IaM), NANCY
Université H. Poincaré, Nancy 1
Date de début de thèse : 01/09/2006
Les champignons ectomycorhiziens ont une influence importante sur l’état général et la diversité des
écosystèmes forestiers : ces micro-organismes interagissent dans une symbiose avec les racines des
arbres, permettant ainsi une meilleure nutrition minérale de l’arbre. Le développement de la symbiose
ectomycorhizienne est sous le contrôle génétique des deux partenaires. Différentes approches, dont
l’analyse holistique du transcriptome, l’analyses ciblées sur plusieurs gènes marqueurs et l’analyse du
génome du champignon ectomycorhizien Laccaria bicolor (collaboration avec le DOE
américain, http://mycor.nancy.inra.fr/IMGC/LaccariaGenome/), ont permis d’identifier une centaine
de gènes candidats dont l’expression est fortement régulée par la symbiose (Duplessis et al., 2005 ;
Morel et al., 2005). Néanmoins à ce jour, aucun gène nécessaire et suffisant au développement de la
symbiose n’a encore été identifié.
Cependant, sous l’hypothèse des gènes régulateurs contrôlant le développement de la symbiose
ectomycorhizienne, il est possible de cloner ces gènes par une approche complémentaire efficace : le
clonage positionnel. Cette méthode utilise les techniques de cartographie et de séquençage, pour
identifier un gène dont la mutation est responsable d'un phénotype : travail de focalisation progressive
qui, grâce aux cartes du génome, permet d'identifier et de réduire progressivement un intervalle
contenant le gène muté ou polymorphe. Une fois une telle région définie, on recherchera les gènes qui
y sont localisés et, parmi ceux-ci, lequel est impliqué dans la formation de la symbiose.
Un des objectifs de mon travail de thèse sera de confirmer la co-localisation des Quantitative Trait
Loci de mycorhization (Tagu et al. 2004), puis de localiser les gènes correspondant sur le génome de
Populus trichocarpa. Simultanément l’autre objectif sera d’identifier les QTLs de gènes impliqués
dans le développement et le fonctionnement de la symbiose chez L. bicolor, puis de localiser les gènes
correspondant sur le génome de ce champignon par clonage positionnel. La construction d’une carte
génétique du champignon Laccaria bicolor S238N a été entreprise afin de faciliter l’assemblage de la
séquence génomique générée par le DOE américain en collaboration avec l’UMR IaM
(http://mycor.nancy.inra.fr/IMGC/LaccariaGenome/). A ce jour, j’ai donc développé à partir d’une
descendance de 91 souches monosporales monocaryotiques (haploides) de Laccaria bicolor S238N,
301 marqueurs moléculaires dont 287 intègrent la première carte génétique ancrée sur la séquence
génomique (Labbé et al., 2008).
Mots clé : Symbiose ectomycorhizienne, Carte génétique, QTL, Clonage positionnel,
Directeur de thèse : F. Le Tacon et F. Martin
Fascicule de thèses du département Ecologie des Forêts, Prairies et milieux Aquatiques
Février 2007
56
Déterminisme génétique de la résistance partielle du
peuplier à la rouille foliaire
- Aloïs Bresson [email protected]
URGV, UMR INRA 1165 – CNRS 8114 – UEVE, centre Versailles
Université Evry Val d’Essonne
Ecole Doctorale des Génomes aux organismes
Date de début de thèse : 01/10/2006
La rouille foliaire causée par le champignon Melampsora larici populina est une maladie affectant les
peupleraies européennes. L’étude d’une population en ségrégation de Populus deltoides x P.
trichocarpa, montre que le locus RUS, hérité de P. trichocarpa, contrôle la taille des fructifications. Ce
caractère est un paramètre de la résistance quantitative (Jorge et al. New Phytologist, 167, 113-127,
2005). La cartographie génétique de locus microsatellites a permis de localiser RUS sur une extrémité
mal résolue du groupe de liaison XIX, où se trouve un cluster de gènes de résistance.
La thèse vise à identifier RUS et à valider sa fonction pour progresser dans la compréhension des
mécanismes moléculaires de résistance à la rouille foliaire.
La première étape est le clonage positionnel de RUS. J'ai à ma disposition la descendance entre P.
deltoides et P. trichocarpa de 2100 individus pour localiser précisément RUS. J'ai aussi à ma
disposition deux ressources génomiques : La séquence du génome d’un autre individu de l’espèce P.
trichocarpa qui est disponible (http://genome.jgi-sf.org/Poptr1/Poptr1.home.html) et une banque
d'ADN en grands fragments (BAC). Elle a été construite à partir de l'individu P. trichocarpa porteur du
gène d’intérêt pour la création d'une carte physique locale et l’identification de RUS.
La cartographie de nouveaux marqueurs génétiques place aujourd’hui RUS dans un intervalle de 0,5
cM.
Le criblage de la banque BAC avec les marqueurs génétiques proches de RUS m’a conduit à isoler un
BAC porteur du facteur génétique d'intérêt, il est en cours de séquençage.
L’annotation de la séquence me permettra d’identifier les gènes candidats.
L'étape finale sera la validation fonctionnelle de ces gènes candidats par transformation génétique.
Ce travail m’a aussi conduit à l’amélioration de la carte physique de la zone riche en gènes de
résistance.
Mots clé : Peuplier, résistance, génomique, clonage positionnel
Directeur de thèse : Boulos CHALHOUB, HDR URGV-DGAP
Co-directeur : Patricia FAIVRE RAMPANT, URGV-EFPA
Fascicule de thèses du département Ecologie des Forêts, Prairies et milieux Aquatiques
Février 2007
57
Causes et conséquences à échelle individuelle des
infestations de gale sarcoptique (Sarcoptes scabiei) chez le
bouquetin ibérique (Capra pyrenaica)
- Mathieu Sarasa [email protected]
UR CEFS, Toulouse
Date de début de thèse : 01/10/2006
Les pathogènes sont au centre de nombreuses problématiques actuelles. Au delà des aspects sanitaires,
ils constituent un grand défis de conservation pour beaucoup de populations d’ongulés de montagne.
La gale sarcoptique est une parasitose touchant de nombreuses espèces et peut mettre en danger des
populations isolées. Le bouquetin ibérique (Capra pyrenaica) en est un exemple.
Lors des dernières décennies les interactions hôte- parasite ont fait l’objet d’un nombre croissant de
travaux mais certains aspects relatifs aux causes et conséquences individuelles des infestations
demeurent encore mal connus.
Ce projet de thèse vise donc l’analyse de ces aspects sous les hypothèses suggérant que les inégalités
épidémiologiques résultent d’inégalités d’exposition aux infestations et/ou d’inégalités de
compatibilité hôte- parasite.
Ces travaux basés sur la population de bouquetin ibérique de la Sierra Nevada (Espagne) abordent des
aspects physiologiques, morphologiques et comportementaux de l’interaction gale- bouquetin et ils
permettront de mieux comprendre les déterminants des inégalités interindividuelles vis à vis des
pathogènes.
Mots clefs : parasite, ongulé, infestation, individu
Directeur de thèse : Jean Joachim, INRA, UR CEFS, Toulouse, France.
Codirecteur de thèse : Jesús Pérez, Université de Jaén, Jaén, Espagne.
Fascicule de thèses du département Ecologie des Forêts, Prairies et milieux Aquatiques
Février 2007
58
Effet de la lyse virale et de la prédation par les flagellés sur
les ressources nutritives, la caractérisation de la matière
organique, la dynamique et structure des communautés
microbiennes lacustres.
- Lyria Berdjeb [email protected]
UMR CARRTEL, Thonon-les-Bains
Université de Savoie, Chambéry
Ecole doctorale : SISEO
Date de début de thèse : 01/10/2006
Ce projet s’est inscrit dans le cadre d’une meilleure compréhension du fonctionnement du réseau
trophique pélagique lacustre. Il se posait les questions de savoir si (i) l’effet conjoint ou séparé de la
lyse virale et la prédation par les flagellés hétérotrophes influaient fortement sur la diversité
phylogénétique et fonctionnelle du bactérioplancton et, (ii) s’ils contribuaient significativement dans le
recyclage des nutriments et la structure de la matière organique dissoute.
Des expériences ont été réalisées à partir d’échantillons provenant des lacs du Bourget et d’Annecy, à
2 et 50 m. Les expériences consistaient en une fragmentation des communautés microbiennes à travers
5 µm d’une part, pour ne garder que les virus, bactéries hétérotrophes, picocyanobactéries et flagellés
hétérotrophes et d’autre part, à travers 1,6 µm pour n’avoir que les virus et les bactéries hétérotrophes
(sans prédateurs). Les échantillons ainsi traités ont été incubés in situ pendant 8 jours, durant lesquels,
des prélèvements avec un pas de temps de deux jours ont été effectués.
Le suivi dynamique des communautés microbiennes a été réalisé par cytométrie. La viabilité
membranaire des bactéries a été suivie à partir du double marquage NADS. La spectrofluorométrie 3D
a permis de caractériser globalement la matière organique dissoute. La production bactérienne et
virale, la vitesse de décroissance virale et enfin la fraction bactérienne lysogénique ont également été
mesurées. Nos résultats ont montré que quelque soit le lac, la présence des flagellés dans les
échantillons semble favoriser l’activité virale dont les principales conséquences sont une baisse de la
concentration bactérienne, une augmentation de la production et de la vitesse de décroissance virale et
enfin un enrichissement du milieu en nutriment et carbone disponibles pour les organismes, ce qui
assurerait à près de 60% la demande bactérienne en carbone dans le lac du Bourget et à plus de 10%
dans celui d’Annecy.
Mots clé : Bactéries, Virus, Flagellés, MOD, Nutriments
Directeur de thèse : Stéphan Jacquet, CR INRA
Co-directeur : Isabelle Domaizon, MCF INRA
Fascicule de thèses du département Ecologie des Forêts, Prairies et milieux Aquatiques
Février 2007
59
Poplar root development in response to fungal signals during
onset of ectomycorrhizae
- Judith Richter [email protected]
UMR INRA/UHP 1136 Interactions Arbres/Micro-Organismes (IaM), Centre INRA Nancy
Université Henri Poincaré Nancy I, Albert-Ludwigs Universität Freiburg
Ecole Doctorale : RP2E
Date de début de thèse : 01/10/2006
The major part of forest trees lives in symbiotic interaction with soil micro-organisms, such as
ectomycorrhizal fungi. Since the very beginning of the plant/fungus interaction until the mature
ectomycorrhiza, changes in the plant’s root development occur, with the most striking being
development of numerous lateral roots (LR). As diffusible molecules, plant hormones released by the
fungal partner are good candidates as signal molecules in the early molecular cross-talk between both
species and are known to be crucial for plant root development.
During my PhD project I investigate the early cross-talk between the ectomycorrhizal fungus and the
plant, using the model tree Populus tremula x P. alba (INRA clone 717-1B4) and the basidiomycete
Laccaria bicolor. I set up an in vitro co-culture system, which permits production of poplar/L. bicolor
ectomycorrhizae under controlled conditions and detailed observation of root development during
colonization. Transcriptome profiling of poplar roots (NimbleGen oligo array) during the early
interaction of the tree with L. bicolor (3 days of contact, just before new LRs emerged) showed
regulation of 891 genes, which comprise different genes involved in ethylene signaling and
biosynthesis. We got particularly interested in those genes, as ethylene is known to be produced by
ectomycorrhizal fungi and had been shown to induce root morphology alteration in plants. A
restrained set of ethylene response related target genes was chosen to be confirmed by Real-Time PCR
and time course analysis will help to understand their abundance during the different steps of
colonization.
In order to know whether ethylene is crucial for the appearance of the poplar root phenotype during
interaction with Laccaria, we will use poplar mutants (generated by collaborating labs) that are
insensitive to ethylene in order to study whether those plants lack the characteristic response to the
fungus and are altered in mycorrhization capacity.
Keywords: mycorrhization, poplar, root development, auxin
Supervisors: Francis MARTIN, UMR 1136 IAM ; Klaus PALME, University of Freiburg (Germany)
Co-supervisors: Valérie LEGUE, UMR1136 IAM; Franck DITENGOU, University of Freiburg
(Germany)
Fascicule de thèses du département Ecologie des Forêts, Prairies et milieux Aquatiques
Février 2007
60
Analyse de la dynamique des populations halieutiques à cycle
de vie court
- Youen Vermard [email protected]
UMR 985 ESE, Agrocampus Ouest
Ecole doctorale VAS, rennes
Date de début de thèse : 01/11/2006
Les procédures de gestion des pêches maritimes, mises en œuvre en Europe depuis une vingtaine
d’années, sont très largement en échec et n'ont pas permis d'assurer une exploitation durable des
ressources naturelles, dans des conditions économiques et sociales satisfaisantes. L’inefficacité des
mesures de gestion en vigueur peut s’expliquer par, (i) la méconnaissance des processus déterminant
l’impact des mesures de gestion sur la dynamique des flottilles (investissement, développement
technologique, adaptation tactique) et, (ii) l'inadaptation des outils et des objectifs de gestion actuels,
notamment dans un contexte de pêcheries mixtes.
Les connaissances scientifiques actuelles ne permettent pas de prévoir de manière satisfaisante
l’impact des mesures de gestion sur la dynamique des flottilles et des stocks qu’elles exploitent. Les
écosystèmes marins et les pêcheries qui les exploitent présentent une dynamique complexe dont la
plupart des modèles scientifiques ne rend compte qu’au prix de simplifications souvent très
importantes.
Une première simplification consiste à considérer que les stocks sont pêchés indépendamment les uns
des autres. Cependant, la majorité des pêcheries exploitent une certaine diversité d'espèces (on parle à
ce sujet d’interactions technologiques entre espèces). En conséquence, toute mesure de gestion (e.g.
TAC, maillage) ne peut être efficace que si elle cible la pêcherie dans son ensemble.
Une seconde simplification peut conduire à ne pas prendre en compte l’adaptation des pêcheurs et des
entreprises de pêche au contexte bio-économique et aux mesures de gestion à venir. Le projet
TECTAC (2002-2005) a permis d’effectuer des avancées significatives dans la compréhension des
mécanismes intervenant dans les processus décisionnels (distribution spatiale de l’effort de pêche,
développement technologique des bateaux et des engins de pêche), pour un certain nombre de flottilles
européennes. De telles approches sont actuellement en plein essor, et doivent pouvoir se poursuivre
au travers de projets de recherche futurs.
Le projet STRAPECHE doit contribuer au développement et à la mise en œuvre progressive de
l’approche bio-économique de la gestion des pêches. L’objectif final de ce projet est ainsi d’évaluer à
court et moyen terme comment la compréhension des dynamiques de flottiles permet d’améliorer les
scénarios de gestion des pêches maritimes, en prenant pour cas d’étude la pêcherie d’anchois. Afin
d’atteindre cet objectif, un certain nombre d’étapes clés devront être atteintes :
Mots clés : Ecologie halieutique, dynamique des populations, aménagement des pêches, modélisation
Directeur de thèse : Gascuel Didier, Agrocampus Ouest, Laboratoire d’Ecologie Halieutique, UMR
ESE
Fascicule de thèses du département Ecologie des Forêts, Prairies et milieux Aquatiques
Février 2007
61
Année de début de thèse : 2007
Fascicule de thèses du département Ecologie des Forêts, Prairies et milieux Aquatiques
Février 2007
62
Estimation et modélisation de l'impact des dégâts sanitaires
sur la productivité des forêts de pin maritime en Aquitaine
- Christophe Orazio [email protected]
UMR BIOGECO, Pierroton, INRA
IEFC-FCBA
Bordeaux 1
Date de début de thèse : 01/05/2007
Intérêt et contexte de l'étude
La forêt Aquitaine subit des dommages importants dus aux agents pathogènes comme l'armillaire ou
aux ravageurs comme la pyrale du tronc qui touche en moyenne 20% des arbres (soit environ 100
millions de pins attaqués), et la processionnaire du pin qui pullule tous les 6-7 ans et affecte entre 1 et
10% des peuplements. En outre, les changements climatiques laissent craindre une augmentation des
impacts phytosanitaires en forêt. Cela risque en effet de bénéficier aux champignons et aux organismes
poïkilothermes comme les insectes du fait d’une diminution du temps de génération et d’une
multiplication des populations au détriment des arbres, espèces longévives plus lentes à s'adapter.
Par ailleurs, l'impact réel de ces dégâts sur la productivité de la forêt n'a jamais été clairement établi. Il
n'existe en effet pratiquement pas d'études mesurant par exemple l'effet d'une défoliation sur la
croissance des arbres ou les conséquences d'une attaque du tronc sur la qualité du bois. Il convient
donc de rassembler l'information disponible et de réaliser de nouvelles expérimentations pour
améliorer l'évaluation économique de dégâts biotiques à l'échelle de l'arbre.
Donc après un inventaire des principaux problèmes affectant la pinède de gascogne nous espérons
pouvoir quantifier économiquement, l’impact de ces agents à l’échelle d’une parcelle.
Pour ce faire nous utilisons les inventaires disponibles issus de réseaux existants ou de projets achevés,
puis nous analysons la relation entre les symptômes décrits sur un peuplement et les dégâts qualitatifs
ou quantitatifs qui en résultent pour la ressource bois. Des outils d’analyse dendrométrique,
dendrologiques et de numérisation tridimensionnelle sont utilisés. Enfin, nous intégrerons ces résultats
dans un modèle de croissance permettant de faire des simulations économiques révélant l’impact des
ces agents à l’échelle d’une parcelle.
Mots clé : Dégat, pathogènes, modélisation,
Directeur de thèse : Hervé Jactel (BIOGECO)
Fascicule de thèses du département Ecologie des Forêts, Prairies et milieux Aquatiques
Février 2007
63
Les peuplements benthiques : descripteurs de la
fonctionnalité des habitats halieutiques essentiels en milieu
côtier et estuarien
- Caroline Kostecki [email protected]
UMR ESE
Agrocampus Ouest LEH
Ecole Doctorale : VAS
Date de début de thèse : 01/10/2007
Les écosystèmes côtiers et estuariens sont extrêmement riches d’un point de vue biologique et jouent
notamment un rôle primordial pour le renouvellement des ressources halieutiques. De nombreuses
espèces de poissons passent en effet au cours de leur cycle biologique (période juvénile) par les
habitats restreints et instables que sont les aires de nourriceries situées dans ces secteurs. Ces
écosystèmes sont essentiels pour la croissance des jeunes poissons qui y restent concentrés durant
leurs premières années de vie.
Le caractère déterminant de la phase de croissance de ces juvéniles sur les nourriceries côtières et
estuariennes permet d'expliquer que l’altération et/ou la destruction de ces habitats halieutiques
essentiels, limités et fragiles, sont l’une des principales causes de diminution ou d’extinction des
espèces marines du plateau continental. La réduction de la surface ou la diminution de la qualité de ces
habitats côtiers affectent en effet la croissance et la mortalité des juvéniles et, par conséquent, le
recrutement et la taille de ces populations.
Les secteurs côtiers et estuariens de nourricerie ont été identifiés en mettant en relation la répartition
spatiale des juvéniles de poissons avec des paramètres physiques du milieu (bathymétrie, couverture
sédimentaire, panaches fluviaux). Toutefois, même s'il est admis que ces habitats jouent un rôle
essentiel dans le renouvellement des ressources du fait de leur forte productivité et des disponibilités
de nourriture qu'ils offrent, la liaison entre la répartition spatiale des juvéniles et les peuplements
benthiques, et notamment les communautés d’invertébrés, reste plus floue. Décrire les nourriceries
côtières à partir de ces peuplements permettra d'améliorer l'identification et la connaissance du
fonctionnement de ces habitats halieutiques essentiels. Ces travaux permettront in fine de développer
des indicateurs pour suivre la fonctionnalité de ces habitats dans l’objectif de maintenir le potentiel de
renouvellement des ressources marines qui en dépendent.
Etape 1 :
Cette thèse porte sur l’analyse de la fonctionnalité halieutique des secteurs côtiers et estuariens du
littoral de Manche-Atlantique, à l’issue d’études pilotes menées en baie du Mont Saint Michel ainsi
qu’en estuaire de Vilaine. Des campagnes scientifiques, qui ont d’ores et déjà débuté dans l’objectif de
ce projet, permettent de collecter les données nécessaires à ce travail, à la fois en ce qui concerne les
peuplements benthiques et les juvéniles de poissons. La première partie de la thèse est donc consacrée
à l’acquisition et à l’analyse de ces données de campagnes.
Etape 2 :
Un volet majeur du projet devra contribuer, en couplant ces deux sources de données
(benthos/poissons), à comprendre les raisons pour lesquelles les juvéniles se concentrent sur ces
habitats limités et à analyser les processus de cette dépendance. Cette approche s’attachera à expliquer
les différences de densité de juvéniles de poissons entre des habitats comparables de par leurs
caractéristiques physiques. Elle devrait par ailleurs parvenir à mettre en relation la qualité des milieux,
Fascicule de thèses du département Ecologie des Forêts, Prairies et milieux Aquatiques
Février 2007
64
telle qu'elle peut être perçue au travers des peuplements qui y résident, avec leur fonctionnalité de
nourricerie et d'expliquer les fluctuations spatiotemporelles de cette fonctionnalité. Ce travail
contribuera par conséquent à quantifier l'intérêt écologique des habitats halieutiques essentiels à partir
des peuplements benthiques et contribuera à établir des indicateurs pour la surveillance de la
fonctionnalité et de la qualité des écosystèmes côtiers, problématique pour laquelle la demande sociale
est aujourd'hui très forte.
Mots clé : Solea solea, invertébrés benthiques, relations trophiques, nourriceries côtières et
estuariennes
Directeur de thèse : Le Pape Olivier (Agrocampus Ouest)
Co-directeur : Desroy Nicolas (Ifremer, centre de Dinard)
Fascicule de thèses du département Ecologie des Forêts, Prairies et milieux Aquatiques
Février 2007
65
Effet des types de lisières sur la diversité végétale
- Audrey Alignier [email protected]
UMR 1201 Dynafor, Centre INRA
INP, Toulouse
Ecole doctorale : SEVAB
Date de début de thèse : 01/10/2007
Les lisières, entre les bois et les parcelles agricoles, sont omniprésentes dans les paysages ruraux. Elles
tiennent un rôle écologique important, notamment envers la biodiversité et les services
environnementaux associés, comme la régulation des populations d’auxiliaires des cultures ou de
ravageurs. Pourtant la variabilité des lisières n’est que peu considérée, que ce soit dans le domaine de
l’écologie du paysage ou de l’écologie des communautés et reste, de ce fait, mal connue.
L’objectif général de la thèse est donc d’évaluer l’effet de la variabilité des lisières, entre bois et
parcelles agricoles, sur les communautés végétales forestières.
Un « effet de lisière » correspond aux variations d’un facteur, biotique ou abiotique, en réponse à la
présence d’une lisière. Cette réponse s’exprime généralement selon un gradient orienté
perpendiculairement à la lisière. Les effets de lisière sont variables selon les facteurs considérés, mais
aussi selon les caractéristiques des lisières comme leur orientation, leur ancienneté, le type d’interface.
La démarche adoptée comporte 3 approches complémentaires :
(1) Dans un premier temps, nous avons élaboré une méthodologie se basant sur des outils
cartographiques afin d’identifier et de quantifier la diversité des types de lisières au sein d’un paysage
à grande échelle. (2) Ensuite, des « types » de lisières ont été définis, issus de la combinaison de 3
caractéristiques des lisières : leur interface, leur orientation cardinale et leur orientation par rapport à la
pente. Quatre transects/réplicats par type, orientés de la lisière vers le cœur de forêt, ont été établis sur
lesquels l’ensemble des espèces végétales a été recensé. Par ailleurs, des mesures environnementales
vont être effectuées puis corrélées à la distribution des espèces observée. (3) Enfin, un transect parmi
les 4 réplicats de chaque type fera l’objet d’un suivi plus détaillé afin d’isoler des processus
explicatifs des différences observée sur la flore forestière.
Mots clé: lisière, effet lisière, diversité végétale forestière
Directeur de thèse : Marc Deconchat, UMR 1201 Dynafor, INRA Toulouse, France
Fascicule de thèses du département Ecologie des Forêts, Prairies et milieux Aquatiques
Février 2007
66
Modélisation de l’évolution de l’agressivité des champignons
phytopathogènes : couplage des approches d’épidémiologie et
de biologie évolutive
- Audrey Andanson [email protected]
UMR 1136 IAM, INRA -Nancy
INRA
Ecole doctorale : RP2E
Date de début de thèse : 01/10/2007
Une alternative plus écologique à l’utilisation de pesticides est de tirer parti des résistances variétales
pour lutter contre les maladies des plantes cultivées. Ainsi, depuis une cinquantaine d’années, on a
assisté au déploiement massif de variétés présentant une résistance qualitative (déterminisme
monogénique) à un agent pathogène donné. Ce type de résistance conditionne la compatibilité de
l’interaction hôte-pathogène selon le modèle gène pour gène. Pour de nombreux pathosystèmes, ce
type de stratégie s’est avéré peu durable ; le contournement rapide de la relation gène pour gène
entraînant d’importantes baisses de rendement. Aujourd’hui, les sélectionneurs se tournent vers le
développement de variétés à résistance quantitative (déterminisme polygénique) qui ont pour rôle de
limiter l’incidence de la maladie dans le cas d’une interaction compatible et qui sont présumées plus
durables. Les conséquences de leur déploiement sur l’évolution de l’agressivité (composante
quantitative du pouvoir pathogène) des populations parasites de plante sont cependant encore
inconnues.
L’objectif central de ce travail de thèse est de développer une réflexion théorique sur l’évolution de
l’agressivité afin d’appréhender l’évolution des populations pathogènes dans le but d’aider à la
définition de stratégies durables de déploiement des résistances quantitatives.
La démarche poursuivie est essentiellement conceptuelle et s’intègre au sein de la théorie des systèmes
dynamiques. Les résultats obtenus par modélisation seront confrontés à des jeux de données
biologiques, issus de travaux expérimentaux effectués par des partenaires scientifiques et/ou par nousmême.
Nous analyserons tout d’abord l’interaction locale hôte-parasite, en portant une attention particulière à
la stratégie d’allocation d’énergie du champignon (issue de la consommation des tissus hôtes),
conditionnant l’évolution des traits d’histoire de vie généralement utilisés comme mesures
d’agressivité (taille des lésions, temps de latence, quantité de spores produites, durée de la période
infectieuse) et les compromis entre ces traits. Nous examinerons ensuite l’évolution de l’agressivité en
milieu homogène puis hétérogène (mélanges variétaux) grâce au couplage du modèle d’interaction
locale avec un modèle épidémiologique en s’inspirant des travaux en écologie évolutive.
Mots clé : champignons phytopathogènes, évolution de l’agressivité, allocation des ressources, tradeoffs, traits d’histoire de vie.
Directeur de thèse : Benoît Marçais, INRA Nancy, UMR IAM, Equipe Ecologie des agents
pathogènes forestiers
Co-encadrants : Fabien Halkett, INRA Nancy, UMR IAM, Equipe Ecologie des agents pathogènes
forestiers
Virginie Ravigné, CIRAD Montpellier, UMR BGPI, Equipe Biologie et évolution des champignons
phytopathogènes
Fascicule de thèses du département Ecologie des Forêts, Prairies et milieux Aquatiques
Février 2007
67
Contribution des bois et de leurs lisières à la diversité des
carabiques dans les paysages agri-forestiers
- Anthony Roume [email protected]
UMR 1201 (DYNAFOR), Toulouse
Université de Toulouse
Ecole doctorale : SEVAB
Date de début de thèse : 21/10/2007
L’état et les déterminants de la biodiversité dans les paysages ruraux agri-forestiers sont encore mal
connus, malgré l’importance des rôles écologiques et des services qu’elle rend aux activités de
production. Dans les paysages ruraux, les différents habitats peuvent jouer des rôles complémentaires
dans la dynamique de la biodiversité. La thèse vise à évaluer comment l’organisation du paysage
influence la biodiversité et à préciser le rôle particulier qu’y jouent les bois.
L’étude cible une famille de coléoptères, les Carabidae, qui se rencontrent dans tout type d’habitats et
sont pour certains auxiliaires de culture. Elle se déroule dans le site des Vallées et Coteaux de
Gascogne (site LTER-Europe), zone de polyculture-élevage où les petits bois représentent 20% de la
surface.
La question de la répartition des carabidés et de leur diversité dans le paysage peut se poser à trois
échelles différentes : (1) à l’échelle du paysage, la relation entre la structure du paysage et la
composition des assemblages de carabidés dans les différentes tâches d’habitats est évaluée par un
dispositif de 68 pot-pièges activés sur 7 mois. Cette étude révèle l’existence d’espèces retrouvées
uniquement dans les milieux ouverts comme les cultures. (2) Or, on peut supposer que les larves des
carabidés de milieu agricole hivernent dans les éléments permanents du paysage, notamment les bois –
avec une préférence probable pour les lisières – pour échapper aux perturbations causées par les
travaux agraires. Pour tester cette hypothèse, nous avons placé dans un bois et à différentes distances
de la lisière des pièges à carabidés enfermés dans des enclos hermétiques afin de piéger tous les
individus qui y ont passé l’hiver. Les tous premiers résultats montrent qu’un grand nombre d’espèces
vivant en milieu agricole, dont des auxiliaires de culture, hivernent en effet dans les bois. (3) Enfin, on
peut également se demander comment les adultes qui vivent autour de la lisière (dans les deux habitats
adjacents) se répartissent sur une ligne qui y est perpendiculaire, et notamment s’il existe des espèces
spécifiques des lisières. Cette question sera étudiée grâce à des pièges placés le long de transects.
Mots clé : Structure du paysage, Fragments forestiers, Lisière, Carabidae, Emergence
Directeur de thèse : Marc DECONCHAT
Encadrante : Annie OUIN
Fascicule de thèses du département Ecologie des Forêts, Prairies et milieux Aquatiques
Février 2007
68
Rôle des gènes du système immunitaire dans la distribution
et l'émergence de la fièvre hémorragique à syndrome rénal
causée par l'hantavirus Puumala chez le campagnol roussâtre
Myodes (Clethrionomys) glareolus.
- Emmanuel Guivier [email protected]
UMR CBGP, Montpellier
Ecole doctorale : SIBAGHE
Date de début de thèse : 01/11/2007
Les gènes du système immunitaire jouent un rôle majeur dans les interactions hôte-parasite. La
diversité allèlique de ces gènes, les pressions de sélection qui maintiennent ce polymorphisme
déterminent notamment la spécificité de l’interaction, les phénomènes d'adaptation locale et
l’émergence de maladies infectieuses. Ces dernières décennies ont été marquées par l’émergence et/ou
re-émergence de maladies vectorielles en Europe et dans le monde avec des conséquences sanitaires,
économiques et politiques graves.
Dans ce contexte mes travaux de thèse se proposent d’étudier la variabilité génétique de la
susceptibilité du campagnol roussâtre Myodes glareolus à l’hantavirus Puumala responsable en Europe
de la fièvre hémorragique à syndrome rénal (FHSR). Nous étudierons la variabilité des gènes du
système immunitaire chez M. glareolus à l’échelle locale entre différents habitats, à l’échelle régionale
entre les zones endémiques et non endémiques de la maladie et enfin à l’échelle de l’Europe au sein
des lignées phylogéographiques. Le polymorphisme pour ces gènes sera mis en relation avec le
polymorphisme observé pour des gènes neutres, la présence d’anticorps anti-Puumala,
l’immunocompétence et la diversité des communautés parasitaires à chacune des échelles spatiales.
Nous chercherons à savoir si la fragmentation des habitats forestiers est une barrière suffisante aux
flux de gènes du campagnol roussâtre pour permettre l’existence d’adaptations locales. Nous
déterminerons si la présence/absence de l’hantavirus Puumala est le reflet du maintien d’allèles de
susceptibilité dans les populations réservoirs et si le polymorphisme des gènes de l’immunité est le
résultat de l’histoire quaternaire de recolonisation de M. glareolus ou d’une sélection balancée due à la
variabilité spatiale des communautés parasitaires.
Les résultats attendus devraient permettre de mieux comprendre la distribution actuelle de la FHSR
qui ne recouvre pas l’aire de distribution de l’hôte réservoir et de déterminer plus précisément les
risques d’émergence de la maladie.
Mots-clefs : maladies émergentes, immunogénétique, hantavirus, hôtes réservoirs
Directrice de thèse : Nathalie Charbonnel, INRA, UMR CBGP, Montpellier, France
Fascicule de thèses du département Ecologie des Forêts, Prairies et milieux Aquatiques
Février 2007
69
Evaluation du risque d’introgression d’espèces ou variétés
cultivées dans les populations naturelles de peuplier noir
- Nicolas Chenault [email protected]
UAGPF, Orléans
Ecole Doctorale Sciences et Techniques, Orléans
Date de début de thèse : 01/11/2007
Le peuplier noir (Populus nigra L.) n’a pas seulement une vocation écologique importante (espèce
majeure des ripisylves), il a aussi un intérêt économique par son utilisation dans la création de variétés
hybrides. Cependant, les ressources génétiques du peuplier noir sont menacées par la fragmentation de
son habitat naturel et par le risque d’introgression depuis les peupliers cultivés. Ce risque est d’autant
plus important que la diversité génétique des plantations de peupliers est extrêmement réduite tant au
niveau de la parcelle (plantations monoclonales) que du territoire (faible nombre de cultivars). Environ
5% d’hybrides F1 avec le peuplier d’Italie (P. nigra var Italica) ont pu déjà être identifiés dans des
collections actuelles et des hybrides naturels avec des cultivars ont déjà été observés.
Ce travail de thèse a pour objectif d’évaluer le risque d’introgression par l’étude des flux de pollen
depuis le peuplier d’Italie et depuis les principaux cultivars commercialisés vers les peupliers noirs
sauvages. Il repose tout d’abord sur la quantification des flux de pollen dans des peuplements naturels
caractéristiques (St-Ay, Bonny-sur-Loire) à l’aide de marqueurs moléculaires et sur la valorisation de
l’information spatiale et de différents déterminants physiques et biologiques pour identifier les
déterminants les plus importants par modélisation. La floribondité paraît être un élément essentiel pour
l’efficacité des flux de pollen. Ce facteur est donc particulièrement étudié, que ce soit en terme de
quantité et de qualité du pollen émis chez le peuplier noir et chez certains cultivars mâles. Ainsi, la
réalisation de croisements contrôlés permet de caractériser des déterminants biologiques particuliers
tels que la compétition pollinique ou la phénologie de floraison.
Des flux de gènes efficaces à courte et moyenne distances pourraient engendrer une modification
qualitative et quantitative de la diversité génétique du peuplier noir sauvage et donc une modification
des équilibres actuels entre cette espèce et son environnement. L’évaluation du risque d’introgression
est donc nécessaire pour établir des stratégies de conservation in situ du peuplier noir.
Mots clés : introgression, flux de pollen, modélisation, diversité génétique, peuplier noir
Directeur de thèse : Catherine Bastien, UAGPF, Orléans
Fascicule de thèses du département Ecologie des Forêts, Prairies et milieux Aquatiques
Février 2007
70
Modélisation de la distribution et de la productivité des
essences forestières françaises vis-à-vis des facteurs du
climat et du sol sensibles aux changements
environnementaux
- Romain Bertrand [email protected]
ENGREF-INRA LERFOB - équipe "Ecologie Forestière"
Ecole doctorale : RP2E Nancy
Date de début de thèse : 01/12/2007
La modification à long terme du climat et de la qualité des sols par les activités humaines constituent
les principaux changements environnementaux attendus aux cours du XXème siècle. L’ampleur et la
rapidité de ces modifications est telle qu’elles conduiront à modifier de façon très importante la
biodiversité des écosystèmes terrestres. Cette menace pourrait se manifester par une altération de la
croissance des espèces dans un premier temps, mais aussi par un impact direct sur leurs distributions
allant même jusqu’à l’extinction de certaines espèces. Les végétaux qui ne peuvent se déplacer qu’à
partir de leurs diaspores, et parmi eux les essences forestières qui ont une longue durée de vie avant
maturité, sont particulièrement concernés par ces changements environnementaux. Selon Thomas et al.
(2004), 5 à 29% de la flore européenne pourrait être amenée à disparaître d’ici 2050.
L’objectif principal de la thèse est d’étudier la « niche écologique » des essences forestières françaises
afin de modéliser leur distribution et productivité, et d’autre part de mieux comprendre leur
autécologie. Le sujet sera abordé au travers de 3 grandes problématiques :
Etude de l’évolution de la niche écologique des essences au cours de leur développement :
Le but de cette partie est d’apporter des informations quant à l’évolution ontogénique de niche afin de
mieux comprendre le ou les mécanismes du déterminisme de la niche écologique des arbres au stade
adulte. Cela permettra d’apporter des informations concernant le comportement des espèces forestières
notamment dans leur capacité de migration (notion très importante dans le contexte de changements
globaux) et une meilleure connaissance du mécanisme de sélection de la niche des adultes
(compétition,…). Dans le cadre des changements globaux, une niche plus large au stade juvénile
pourrait être exploitée par les forestiers pour favoriser la colonisation de nouveaux espaces qui
deviendront favorables aux essences dans quelques décennies seulement.
Modélistation de la répartition présente et future des aires potentielles de distribution des essences
forestières françaises :
Il s’agit de modéliser la distribution potentielle actuelle et future du plus grand nombre d’espèces
forestières arborées (vraisemblablement une trentaine dont une dizaine de résineux) vis-à-vis des
paramètres du sol et du climat ayant un effet direct sur le développement des plantes. L’objectif étant
d’améliorer les modèles actuels (Badeau et al., 2004 ; Coudun, 2005) par l’utilisation de méthodes et
variables nouvellement compilées dans l’optique d’évaluer l’impact du réchauffement climatique sur
la répartition des espèces forestières selon divers scénarii établis par le GIEC (2007), mais aussi de
mieux comprendre le déterminisme de la distribution des principales essences françaises.
Modélistation de la productivité potentielle présente et future des principales essences forestières
françaises :
Cette partie visera dans un premier temps à modéliser spatialement, dans le présent et le futur, la
productivité potentielle des trois essences déjà étudiées (Epicéa, Hêtre et Chêne sessile que l’ont peut
considérer comme des essences majeures de la filière bois et du paysage français) en se basant sur les
modèles établis par Ingrid Seynave (Seynave et al., 2005, 2006 et accepté), puis d’étendre la démarche
Fascicule de thèses du département Ecologie des Forêts, Prairies et milieux Aquatiques
Février 2007
71
au plus grand nombre d’espèces. L’objectif est d’identifier les zones de perte de productivité liée au
changement climatique, et comparer le déterminisme de la productivité à celui de la présence des
espèces. Couplée à la connaissance de la présence potentielle d’une essence à un site, la représentation
de sa productivité présente et future est un élément essentiel pour le choix des essences de production
par le gestionnaire forestier.
L’originalité et l’intérêt de cette thèse reposent sur l’utilisation de vastes bases de données et
couvertures écologiques spatialisées à haute résolution, ainsi que l’intégration dans les modèles
prédictifs de variables édaphiques disponibles et développées au LERFoB. Cette approche novatrice
permettra d’améliorer les prédictions et les connaissances sur l’autécologie des essences. Deux
informations nécessaires aux gestionnaires sylvicoles pour faire face aux changements globaux.
Directeur de thèse : Jean-Claude Gégout
Fascicule de thèses du département Ecologie des Forêts, Prairies et milieux Aquatiques
Février 2007
72
Année de début de thèse : 2008
Fascicule de thèses du département Ecologie des Forêts, Prairies et milieux Aquatiques
Février 2007
73
Effets des perturbations anthropiques sur la survie des
juvéniles de poissons marins au sein des nourriceries
côtières et estuariennes et conséquences sur le
renouvellement des populations. Application à la sole (Solea
solea) en Manche Est et dans le golfe de Gascogne.
- Sébastien Rochette [email protected]
UMR ESE 985, Rennes
Agrocampus Ouest
Vie Agro Santé
Date de début de thèse : 01/01/2008
Ce projet se donne pour objectif de décrire, en s’appuyant principalement sur l'exemple de la sole
commune dans le golfe de Gascogne et en Manche Est, les relations existant entre les conséquences
des perturbations anthropiques au sein des nourriceries côtières et estuariennes, essentielles pour le
renouvellement des ressources marines, et la dynamique des populations associées. En d'autres termes,
dans quelles mesures les perturbations anthropiques au sein des nourriceries côtières ou estuariennes
conditionnent elles le renouvellement des populations marines ?
Beaucoup de travaux scientifiques ont été menés afin d’identifier les habitats halieutiques essentiels en
secteurs côtiers et estuariens, de mieux connaître leur fonctionnement et de suivre leur qualité :
- Au cours des dernières décennies, les nourriceries des espèces marines dépendantes des milieux
côtiers et estuariens ont notamment été identifiées en mettant en relation la répartition spatiale des
juvéniles de poissons avec des paramètres physiques du milieu (Rijndorp et al, 1992, Rogers, 1992 ;
Rogers & Millner, 1996 ; Gibson, 1994 ; Gibson, 1997 ; Beck et al., 2001). Ces travaux qui, sur le
littoral français de Manche –Atlantique, ont porté essentiellement sur la sole commune, utilisée
comme espèce indicatrice, ont permis d’estimer l’importance respective des différents types d’habitats,
et notamment de souligner le caractère déterminant des vasières peu profondes situées dans des
secteurs estuariens et les baies semi-fermées (Riou et al., 2001 ; Le Pape et al., 2003ab). Ces travaux
font aujourd’hui l’objet d’avancées en intégrant les paramètres biotiques dans la description des
habitats de nourriceries (Le Pape et al., 2007).
- Une autre série de travaux a été réalisée dans le but d’analyser les conséquences des perturbations
anthropiques sur la vie juvénile des ressources dépendantes de ces habitats (Gibson, 1994 ; Able,
1999 ; Meng et al., 2001). Ces recherches ont notamment porté, sur le littoral français de Manche
Atlantique, sur l’estimation de la qualité des différents secteurs de nourricerie à partir de mesures
portant sur la croissance des juvéniles de sole. Cette approche a permis de démontrer que, dans les
estuaires de Seine et de Gironde, où la contamination par les xénobiotiques est forte, la densité et la
croissance des juvéniles de sole sont plus faibles qu’ailleurs (Gilliers et al., 2006).
Finalement, en synthétisant les connaissances acquises sur le rôle des habitats côtiers et estuariens de
nourricerie pour les ressources marines du plateau continental ainsi que sur les conséquences
écologiques de l’altération quantitative et qualitative de ces secteurs, il est possible de montrer que,
localement, l’altération de ces nourricerie réduit le nombre de juvéniles (Jones et al, 2002). Ce constat
Fascicule de thèses du département Ecologie des Forêts, Prairies et milieux Aquatiques
Février 2007
74
se vérifie d’ailleurs pour les populations de sole en Manche Est et dans le golfe de Gascogne (Le Pape
et al., 2004 ; Le Pape et al., sous presse).
Dans ce cadre, cette thèse aura pour objectif d’analyser, à l’échelle des populations marines, les
conséquences des perturbations anthropiques subies au cours de la phase juvénile du cycle de vie,
lorsque les poissons sont concentrés sur des nourriceries côtières et estuariennes (Hill & Caswell,
2001 ; Levin et Stunz, 2005). Ce projet sera principalement basé sur deux constats :
les conséquences néfastes des xénobiotiques sur la croissance, le développement et la survie des
juvéniles de sole au sein de leurs habitats côtiers et estuariens ont été mises en évidence (Klanjscek et
al., 2006), notamment sur le littoral français de Manche Atlantique (Gilliers et al. 2006), et font
désormais l’objet d’analyses approfondies.
les modifications physiques des secteurs côtiers et estuariens ont conduit a une réduction considérable
de la surface des habitats de nourricerie de poissons au sein de ces secteurs (de l’ordre de deux tiers à
l’échelle mondiale au cours de l’ère industrielle (Lotze et al., 2006) et ce constat est valable sur les
côtes françaises de Manche-Atlantique, et tout particulièrement en estuaire de Seine (Le Pape et al.,
sous presse).
Ce projet de thèse aura donc pour objectif d’analyser, à l’échelle de la Manche Est et du golfe de
Gascogne, les conséquences de ces deux types de perturbations anthropiques des milieux côtiers et
estuariens, habitats essentiels de nourriceries, sur le renouvellement des populations de sole.
L’utilisation de modèles spatialisés axés sur l’histoire de vie des juvéniles et l’impact des
xénobiotiques (Klanjscek et al., 2006), intégrant des cartes quantitatives d’habitats développées à
partir du couplage de modèles et de systèmes d’informations géographiques (Le Pape et al., 2003a), en
tenant compte des modifications morphologiques des nourriceries, constituera un outil essentiel de ce
projet.
Cette thèse s’appuiera sur plusieurs travaux antérieurs ou en cours :
les données et études précédentes, menées depuis bientôt trois décennies, sur les nouriceries côtières et
estuariennes de sole en Manche Est (Riou et al., 2001) et dans le golfe de Gascogne (Le Pape et al.,
2003a), qui ont abouti à modéliser les nouriceries en fonction des caractéristiques physiques du milieu
et à établir des cartes quantitatives de ces habitats,
les travaux en cours sur l’évaluation des conséquences écotoxicologiques des contaminants chimiques
sur l’histoire de vie des juvéniles,
les analyses à long terme qui ont permis d’analyser l’évolution morphologique des sites côtiers et
estuariens (Lesueur, 1999).
Fascicule de thèses du département Ecologie des Forêts, Prairies et milieux Aquatiques
Février 2007
75
Dégradation du bois par des termites guyanais
- Jean-Michel Martin [email protected]
Écologie des Forêts de Guyane (UMR-CIRAD 8172), Campus Agronomique de Kourou,
Université des Antilles et de la Guyane
Date de début de thèse : 02/02/2008
Contexte
La dégradation du bois par les termites est fondamentale dans le fonctionnement des écosystèmes
forestiers tropicaux. Dans les zones anthropisées ces termites sont un des ravageurs redoutables dans
les constructions utilisant du bois, ce matériau reste encore actuellement le plus performant
(performances/prix). Les dégâts occasionnés et les risques de sinistre ne sont pas négligeables et ils
sont d’autant plus importants que l’on connaît mal la biologie et l’écologie des termites
« domestiques » tropicaux. De plus, les observations qui ont été faites en Guyane ces dernières
décennies montrent qu’il y a une évolution de la représentativité des espèces domestiques urbaines.
Objectifs
Mieux comprendre l’écologie et la biologie des termites en forêt à la fois pour mieux appréhender les
risques dans la construction et d’avantage s’en prémunir mais aussi pour aussi pouvoir caractériser
plus justement la durabilité naturelle des bois aux termites.
Hypothèses
Quels sont les initiateurs (stimuli) de colonisation des deux grandes familles des termites xylophage ?
Certains termites, en présence de bois appétant, ont une préférence soit (1) pour le volume de bois ou
(2) pour la surface de contact du bois au sol.
Peut-on estimer la vitesse de dégradation du bois par les principaux groupes de termites
La vitesse de dégradation du bois peut varier en fonction de l’espèce de termite et de la présence ou
non de succession de termite sur le morceau de bois.
Expérimentations
Différentes observations en foret, en zone anthropisée et en laboratoire permettant de répondre aux
hypothèses et aux objectifs.
Par exemple : On dispose autour d’une termitière différents tas de bois dont on fait varier (1) la surface
de contact au sol et (2) le cubage du bois. Pour observer la dégradation du bois non durable en forêt
par les termites, on dispose sur une ligne droite 15 tas de bois espacés de 5 mètres les uns des autres et
tous les 15 jours on identifie les différentes espèces présentes sur chaque tas de bois.
Discussion
Les premiers résultats et les nombreuses observations permettent de mieux cibler et comprendre la
biologie des deux principales grandes familles de termites xylophages à savoir les Rhinotermitidés et
les Nasutitermitinés le type d’attaque et de dégradation semblent très différents. Les expérimentations
à mettre en place pour approfondir ces résultats sont en cour.
Mots clé: biodégradation, termites, niveau trophique
Directeur de thèse : Alain Dejean
Co-directeur : Jacques Beauchêne
Fascicule de thèses du département Ecologie des Forêts, Prairies et milieux Aquatiques
Février 2007
76
Prédiction de la qualité des bois de chêne pour l’élevage des
vins et des alcools : comparaison des approches moléculaires,
physicochimiques et sensorielles
- Erwan Guichoux [email protected]
Centre de Recherche Pernod Ricard, Créteil et UMR 1202 BIOGECO, Pierroton
Université Bordeaux 1
Ecole doctorale Sciences et Environnements
Date de début de thèse : 15/02/2008
Les vins et alcools acquièrent au contact du bois de chêne des qualités organoleptiques bien identifiées
par le consommateur. Les composés aromatiques impliqués, issus du bois de chêne, varient en
fonction de nombreux paramètres (provenance, grain…) mais on sait désormais que le principal est
l’espèce de chêne utilisée. En effet, les massifs forestiers sont constitués de plusieurs espèces (deux
surtout en Europe, le chêne pédonculé et le chêne sessile) en proportions variables. Celles-ci, bien que
connues des sylviculteurs, ne sont généralement pas prises en compte par la filière bois, aboutissant à
des lots hétérogènes et compliquant inutilement le travail des œnologues. L’objectif de cette thèse est
de fournir des outils de diagnostic de l’espèce de chêne, basés sur la caractérisation de l’ADN extrait
du bois, utilisables en routine pour le contrôle des approvisionnements. Ce travail sera complété par
des analyses physicochimiques et sensorielles destinées à préciser les différences entre espèces ou
origines. Pour l’une des substances aromatiques majeures du bois (whisky lactone), on cherchera à
identifier les gènes directement impliqués dans sa synthèse, afin d’aboutir à une prédiction encore plus
fine des composantes aromatiques des vins et alcools élevés au contact du bois.
Mots clé : Chêne, bois, maturation, whisky-lactone, ADN ancien
Directeur de thèse : Dr Rémy PETIT, Directeur de Recherche, UMR 1202 BIOGECO, INRA
Pierroton
Fascicule de thèses du département Ecologie des Forêts, Prairies et milieux Aquatiques
Février 2007
77
Étude de l’installation et du maintien d’une espèce
monodominante, Spirotropis longifolia (DC.) Baill.
(FABACEAE), au sein des forêts guyanaises. Application à la
gestion des espèces agrégatives exploitées
- Émile Fonty [email protected]
UMR AMAP, Montpellier
Université Montpellier II, ED SIBAGHE
Date de début de thèse : 01/09/2008
Les forêts tropicales sont connues pour leur richesse spécifique. Néanmoins, cette diversité n’est pas
uniforme dans l’espace et certaines espèces présentent une répartition agrégée de leurs effectifs. Pour
le gestionnaire, l’exploitation des espèces agrégatives présente l’avantage de diminuer les coûts
d’exploitation et l’impact porté à l’environnement. Lorsqu’une espèce représente plus de 60% des
arbres atteignant la canopée, cette espèce est dite « monodominante ». Pour ces espèces, les
mécanismes permettant l’installation et le maintien de peuplements à forte densité sont a priori
exacerbés. Une étude précise de ces mécanismes serait donc utile à la définition d’une sylviculture
visant à enrichir les peuplements de la façon la plus « naturelle » possible.
Spirotropis longifolia est le seul arbre répertorié de Guyane ayant ce statut particulier. Bien que
l’espèce soit présente ailleurs sur le bouclier guyanais la monodominance du Spirotropis n’a jamais été
étudiée. L’étude de Spirotropis longifolia suivra plusieurs approches :
(i) autécologique afin de mieux connaître l’influence du milieu, notamment des sols.
(ii) populationnelle pour décrire l’organisation des agrégats et son impact sur le peuplement
forestier adjacent.
(iii) génétique qui précisera les relations de parenté entre individus et permettra d’établir les
stratégies de régénération au sein et aux marges des agrégats.
(iv) modélisatrice : les informations collectées seront synthétisées dans un modèle
spatialement explicite qui sera mis en perspective avec ceux développés pour d’autres
espèces agrégatives.
Les premiers relevés effectués indiquent une organisation spatiale structurée des agrégats. Les arbres
situés au centre du peuplement ont un port cespiteux et dominent la canopée, tandis qu’en bordure, des
individus au tronc unique font partie de la strate dominée. Le passage de ce stade monocaules/dominés
au stade cespiteux/dominants suscite des interrogations quant aux mécanismes d’exclusion
compétitive. D’autres observations font état d’anastomoses racinaires qui suggèrent un
fonctionnement particulier de l’acquisition et l’allocation des ressources.
Mots clef : monodominance ; forêt tropicale
interspécifiques ; génétique des population
humide ;
écologie
végétale ;
interactions
Directeur de thèse : Pierre COUTERON, IRD, Montpellier, France
Co-directeurs : Daniel SABATIER, IRD, Montpellier, France
Ivan SCOTTI, INRA, Kourou, France
Fascicule de thèses du département Ecologie des Forêts, Prairies et milieux Aquatiques
Février 2007
78
Spécificités génétique et écologique d’une espèce
bactérienne modèle: l’espèce génomique G8 du complexe
Agrobacterium tumefaciens
- Tony Campillo [email protected]
UMR CNRS-UCB 5557 / USC INRA 1193 Ecologie Microbienne,
UMR CNRS-UCB-INSABayerCropScience 5240 Microbiologie, Adaptation et Pathogénie
Université Lyon1
Ecole doctorale : E2M2
Date de début de thèse : 01/10/2008
Chez les bactéries, les espèces sont actuellement définies sur la base de la cohérence génomique de
leurs membres. Au contraire du concept d'espèce biologique eucaryote basé sur l'isolement sexuel des
espèces, la définition génomique de l'espèce bactérienne est donc purement technique et
opérationnelle. Il est vraisemblable que des espèces génomiques apparentées mais clairement
distinctes se distinguent par l'existence dans leurs génomes respectifs de gènes "spécifiques d'espèce"
qui déterminent en retour l'adaptation à un ensemble de niches écologiques elles-mêmes "spécifiques
d'espèce". Les objectifs de la thèse sont :
1- Caractériser la fonction des gènes spécifiques de l’espèce génomique G8 du complexe
Agrobacterium tumefaciens. Ces gènes ont été mis en évidence par une étude préalable à l'aide d'un
multicapteur à ADN. Cette première partie du travail de thèse consistera, d'une part, à vérifier
expérimentalement les prédictions de l'annotation en recherchant les phénotypes associés à ces régions
spécifiques de l’espèce G8 (utilisation spécifique de composés phénoliques et d'amino-sucres,
coloration spécifique du curdlan ...), et, d'autre part, à contrôler par des approches de biologie
moléculaires (mutagenèse, complémentation) la relation entre gènes spécifiques et phénotypes
spécifiques. En outre, le caractère spécifique des phénotypes codés par ces régions vis-à-vis de
l'espèce génomique G8 sera contrôlé.
2- Explorer les spécificités écologiques de l’espèce génomique G8 d'A. tumefaciens. La spécificité de
l’espèce G8 à coloniser préférentiellement la rhizosphère de luzerne (Medicago truncatula) sera
déterminée en mettant en compétition des souches d'espèces différentes dans cette rhizosphère. La
littérature indique que la rhizosphère de luzerne sélectionne préférentiellement l’espèce G8. Par
ailleurs, des extraits stérilisés par filtration de sol et/ou des plantes seront ajoutés au milieu de culture
des souches-types avant extraction des ARN et hybridation de multicapteurs à ADN pour analyse de
l'expression.
3- Mettre en relation les niches "spécifiques d'espèce" et les gènes "spécifiques d'espèce". Cette
relation sera mise évidence en couplant écologie et génomique fonctionnelles. Des tests de
compétition entre souches d'une même espèce seront également réalisés pour tester l'effet des
mutations des gènes spécifiques sur la capacité colonisatrice. Un intérêt particulier sera porté aux
gènes "spécifiques d'espèce" très nettement sur- ou sous-exprimés en réponse à ces facteurs de
l'environnement. Les gènes qui fourniront les réponses les plus marquées seront choisis de préférence
pour les études de mutagenèse et surexpression, et pour la construction de gènes rapporteurs par fusion
GFP ou GUS.
Fascicule de thèses du département Ecologie des Forêts, Prairies et milieux Aquatiques
Février 2007
79
Mots clé : spéciation, niche écologique, espèce bactérienne, Agrobacterium tumefaciens
Directeur de thèse :
Co-directeur :
Xavier Nesme (IR HDR)
Florence Hommais (MCU)
Céline Lavire (MCU)
Fascicule de thèses du département Ecologie des Forêts, Prairies et milieux Aquatiques
Février 2007
80
Influence des interactions biotiques complexes sur la
régénération des essences forestières feuillues
- Brice Giffard [email protected]
UMR 1202 BioGeCo INRA
Université Bordeaux 1
Ecole Doctorale Sciences et Environnements
Début de thèse : 01/10/2008
Les interactions trophiques sont susceptibles d’affecter la végétation de manière directe via l’action de
niveaux immédiatement supérieurs, comme les organismes phytophages. Ces phytophages sont euxmêmes régulés par le niveau trophique supérieur des prédateurs. De manière indirecte, les prédateurs
sont donc susceptibles d’influencer positivement la végétation en la libérant partiellement de la
pression d’herbivorie exercée par les phytophages. Le principal objectif de cette thèse est de mettre en
évidence des facteurs pouvant être à l’origine des variations d’intensités de la cascade trophique. Nous
avons choisi de nous concentrer sur l’effet d’un type de prédateur : les oiseaux insectivores et leurs
effets, direct sur les populations d’Arthropodes herbivores et indirect sur les plantules d’essences
forestières feuillues.
Une première manipulation mise en place en 2007 cherchera à mettre en évidence l’influence de
l’identité de l’espèce végétale sur la cascade trophique. Trois espèces de feuillus ont été choisies : le
bouleau verruqueux Betula pendula, le chêne pédonculé Quercus robur et le chêne vert Quercus ilex.
Des plantules de ces trois espèces ont été réparties au sein de trois modalités d’exclusion des niveaux
trophiques : une cage d’exclusion des oiseaux insectivores, une deuxième cage qui exclut les oiseaux
et une majorité des insectes herbivores et une troisième modalité témoin (conditions naturelles).
Une deuxième expérimentation, mise en place en 2008, cherchera, en se concentrant sur une seule
espèce végétale cible (plantules de chêne pédonculé), à mettre en évidence l'influence de la
composition du couvert arboré sur les cascades trophiques. Les plants seront transplantés dans 3 types
de peuplements le long d'un gradient de recouvrement de chêne pédonculé en strate arbustive et
arborée (parcelles de pin maritime, parcelles « mixtes » composées de pin maritime et de chêne
pédonculé et parcelles « pures » avec de forts taux de recouvrement en chênes pédonculés). Nous
étudierons les variations d'herbivorie par les insectes et l'impact des oiseaux insectivores en fonction
de ce type de peuplement. Ces différences seront appréhendées en utilisant 3 modalités similaires à la
manipulation précédente (témoin, cage d'exclusion des oiseaux insectivores et modalité d'exclusion
des insectes herbivores par pulvérisation d'insecticide). En parallèle, en peuplement mixte, nous
chercherons à quantifier l'influence de la strate herbacée : effet protecteur contre les insectes
herbivores vs compétition pour la lumière, et de la densité de la strate de régénération en chêne
pédonculé : effet dilution vs concentration de la ressource.
Mots clé : herbivorie, régénération, oiseaux insectivores, cascade trophique, interactions végétales
Directeur de thèse : Hervé Jactel (DR Entomologie Forestière et Biodiversité INRA)
Co-encadrants : Emmanuel Corcket (MCU Ecologie des Communautés) & Luc Barbaro (CR
Entomologie Forestière et Biodiversité)
Fascicule de thèses du département Ecologie des Forêts, Prairies et milieux Aquatiques
Février 2007
81
CT3
Adaptation des organismes et des populations à leurs milieux
L’objectif est de comprendre la structuration et l’évolution de la diversité génétique
des populations (arbres, poissons, mammifères, invertébrés et microorganismes
terrestres ou aquatiques) et son implication dans la définition de méthodes de gestion
et de conservation des populations et de leurs ressources génétiques. Les recherches
s’appliquent aux niveaux d’organisation du vivant de l’individu à la population et à la
métapopulation. Elles relèvent de l’écologie des populations, de la génétique, de la
physiologie végétale, de l’écophysiologie et de l’éthologie. Elles sont caractérisées (i)
par une dimension génétique et/ou l’étude de mécanismes et (ii) par des approches à
diverses échelles fonctionnelles : de la biologie intégrative à la biologie évolutive ; de
la description des mécanismes au rôle fonctionnel de la diversité génétique et à la
dynamique adaptative des populations. Les processus pris en compte concernent la
structure et le fonctionnement du génome et la construction du phénotype, le
comportement animal et les processus cognitifs, les stratégies d’histoire de vie, les
dynamiques adaptatives, les processus stochastiques et directionnels d’évolution des
populations, les régulations par les facteurs du milieu, des populations et des fonctions
physiologiques qui déterminent les traits de vie et la valeur sélective des individus.
Fascicule de thèses du département Ecologie des Forêts, Prairies et milieux Aquatiques
Février 2007
82
Bases moléculaires de la résistance à la cavitation du Xylème
du Peuplier
- Hosam Awad [email protected]
Equipe Hydro –UMR PIAF
La clé de voûte du mécanisme de formation de l’embolie estivale se situe au niveau de la paroi des
ponctuations existantes entre les vaisseaux du xylème ; la résistance à la cavitation serait donc
dépendante de la structure, de la taille et de la densité de ces ponctuations. Ces ponctuations sont
constituées d’une paroi primaire ayant subi des modifications enzymatiques. Nous nous intéresserons
donc au rôle dans la résistance à la cavitation des composants de la paroi du xylème, plus
particulièrement de la paroi primaire, et des gènes codants ses composants. Le rôle des constituants
pariétaux sera appréhendé en analysant la vulnérabilité à la cavitation du xylème de peupliers
transgéniques modifiés pour leur paroi. Plusieurs lignées de peupliers transgéniques modifiés pour leur
teneur en lignine sont mises à disposition par l’équipe Formation des Parois Lignifiées de l’unité de
Recherche Amélioration, Génétique et Physiologie Forestières de l’INRA d’Orléans. Ils permettront
de tester assez rapidement le rôle de la lignification des vaisseaux du xylème dans la résistance à la
cavitation. Des études structurales et biochimiques seront menées sur les peupliers transgéniques qui
présentent une modification de leur vulnérabilité à la cavitation, afin de mieux cerner les bases
physiologiques de cette modification. La pertinence d’une approche par plantes génétiquement
transformées repose essentiellement sur le choix des gènes dont l’expression sera modifiée. Les
ponctuations entre vaisseaux du xylème sont constituées d’une paroi primaire modifiée par l’action
d’enzymes, et elles ne présentent pas de paroi secondaire. Il semble donc plus judicieux de choisir des
gènes impliqués dans le métabolisme de cette paroi primaire. Une analyse du transcriptome chez le
peuplier a permis de mettre en évidence les gènes différentiellement exprimés lors de la différenciation
du xylème (Hertzberg et al ; 2001), et nous nous intéresserons plus particulièrement à ceux du
métabolisme des pectines. Des études d’expression de ces gènes couplés à des analyses biochimiques
aideront à appréhender le rôle de ces gènes et de la paroi dans la résistance à la cavitation. Il s’agira
notamment d’étudier leur niveau d’expression dans des conditions modulant la vulnérabilité à la
cavitation. Afin de tester la pertinence de l’hypothèse du rôle de la paroi primaire sur la résistance à la
cavitation, les effets sur la résistance à la cavitation de traitements chimiques modifiant la structure de
cette paroi seront testés sur des tiges de hêtre. D’une part, des hydrolyses spécifiques de cellulose,
d’hémicellulose et de pectines permettront d’évaluer l’importance relative ou combinée de chacune
des catégories de polysaccharides de la paroi primaire. Les pectines présentent des propriétés
d’hydrogels qui seraient responsable de la porosité de la paroi primaire. Leur rôle dans la modulation
de la conductivité hydraulique au niveau des ponctuations a d’ailleurs été démontré (Brent et al ;
2000). Nous pouvons donc supposer que les pectines jouent un rôle prépondérant dans la vulnérabilité
à la cavitation en contrôlant la porosité des ponctuations. Les propriétés structurales des pectines
dépendent notamment des interactions des chaînes polysaccharidiques entre elles. Ces interactions se
font grâce à des pontages calciques au niveau des groupements carboxylique des acides
galacturoniques et par des interactions des ions Calcium entre plusieurs groupements hydroxyle de ces
mêmes acides. Le Borate est incorporé spécifiquement au niveau de la paroi primaire, au sein de
laquelle il permet de relier les résidus d’Apiose de 2 chaînes de rhamnogalacturonanes II (Kobayashi
et al ; 1996). Cette dimérisation est connue pour influer sur la porosité de la paroi primaire. Des
traitements modulant la composition pariétale du Calcium et du Borate permettront de tester
l’importance de ces 2 ions dans la vulnérabilité à la cavitation.
Mots clés : Cavitation, Anatomie, Peuplier, Paroi primaire, Hydrogel, Biologie moléculaire.
Fascicule de thèses du département Ecologie des Forêts, Prairies et milieux Aquatiques
Février 2007
83
Directeur de thèse : Hervé Cochard
Co-encadrant : Stéphane Herbette
Fascicule de thèses du département Ecologie des Forêts, Prairies et milieux Aquatiques
Février 2007
84
« Stratégie Mère Porteuse chez Cupressus dupreziana A.
Camus (cyprès du Tassili) – Analyse, conséquences et
perspectives »
- Juana Laura Rivera Nava [email protected]
INRA – URFM - Avignon. Domaine Saint Paul, Site Agroparc. France.
Ecole Doctorale Sciences de l'Environnement (ED 251) de l'Université Paul Cézanne-AixMarseille 3
Date de début de thèse : 01/10/2004
La reproduction par apomixie paternelle a été mise en évidence chez une des espèces ligneuses les
plus menacées du monde, le cyprès du Tassili (Cupressus dupreziana A. Camus, 233 individus dans
l'aire naturelle), originaire du plateau du Tassili N'Ajjer en Algérie.
Les descendances issues de graines de C. dupreziana récoltées dans l'aire naturelle ou en collection
dans le sud-est de la France ont été caractérisées pour leur morphologie, leur niveau de ploïdie, leur
génotype microsatellite nucléaire, la production et la viabilité des cônes mâles, la croissance et la
phyllotaxie. Environ 50% des descendants issus de pollinisation libre de C. dupreziana ex-situ sont des
cyprès du Tassili. Les autres descendants sont des cyprès verts, C. sempervirens, soit haploïdes soit
diploïdes, ces derniers étant le plus souvent homozygotes. Les individus haploïdes proviennent d'une
androgenèse in planta à partir du pollen haploïde du cyprès vert. Ils se caractérisent par un
allongement faible, des entre-nœuds très courts et un passage plus rapide de la phyllotaxie verticillée
par 4 à celle verticillée par 3 et par 2. Les individus diploïdes homozygotes seraient issus d'une haplodiploïdisation spontanée ou de la fusion de deux gamètes mâles. Leur déficit de vigueur est moins
prononcé. Ces cyprès verts androgénétiques expriment aussi des anomalies de microsporogenèse et
sont de bons candidats pour la sélection de variétés non pollinisantes. L'analyse de la diversité
génétique chez C. dupreziana met en évidence une très faible diversité entre arbres et une très forte
hétérozygotie individuelle. Ce résultat inhabituel chez une espèce menacée est révélateur d'une
reproduction par apomixie. Le cyprès du Tassili est une espèce en sursis.
Mots clés : Espèce ménacée, apomixie, androgenèse in planta, haploïde, microsporogènese, diversité
génétique
Fascicule de thèses du département Ecologie des Forêts, Prairies et milieux Aquatiques
Février 2007
85
Réactions de semis naturels de hêtre (Fagus sylvatica L.) et
d’érable sycomore (Acer pseudoplatanus L.) à l’ouverture du
couvert : croissance et ajustements fonctionnels
- Blandine Caquet [email protected]
UMR INRA-UHP 1137 EEF, Centre INRA
UMR INRA-ENGREF 1092 LERFOB, Centre INRA
Université H.Poincaré, Nancy I ; INRA
Ecole doctorale : RP2E
Date de début de thèse : 01/11/2004
La pratique forestière a été marquée ces dernières années par un regain d'intérêt pour les formations
mélangées dont le renouvellement repose essentiellement sur des dynamiques naturelles de
régénération. Une phase particulièrement critique dans le processus de régénération est celle de
l’ouverture du couvert. La banque de semis pré-existant sous couvert constitue un potentiel important
pour la recomposition du futur peuplement et la connaissance de la réaction des différentes espèces
constituant cette banque de semis à l’ouverture du couvert est importante. La croissance des semis
après la création d’une trouée est souvent retardée de quelques mois à quelques années et ce délai de
croissance est supposé être attribué au temps d’ajustements physiologiques et morphologiques des
semis. L’hypothèse de travail était que le passage des semis d’une situation d’ombre, avec un
phénotype très contraint (faibles dimensions, faible investissement dans les racines, faibles
conductances hydrauliques, faibles réserves, forte vulnérabilité à la cavitation) à une situation de plein
découvert, s’accompagnait de réarrangements importants (transition feuille d’ombre feuilles de
lumière, mise en place de bois à forte conductance et faible vulnérabilité, forte croissance racinaire
puis aérienne) qui s’opéraient sur plusieurs saisons de végétation. Quatre espèces tolérantes à l’ombre
et constituant une banque de semis pré-existant sous couvert (le hêtre, l’érable sycomore, l’érable
plane et l’érable champêtre) ont été étudiées. Suite à l’ouverture du couvert, la mortalité des semis
était faible. La croissance en diamètre augmentait dés la première année après la création de la trouée
et l’augmentation de croissance en hauteur était retardée de un an. Hêtre et érable sycomore
montraient une plasticité de réponse à l’ouverture du couvert avec des changements structuraux
(augmentation de LMA) et dans l’architecture des semis. Le hêtre réagissait aussi en allouant plus de
biomasse vers la croissance racinaire et cambiale. L’augmentation d’assimilation foliaire restait
néanmoins limitée la première année après l’ouverture du couvert. Celle-ci pouvait être en partie
attribuée à l’augmentation de la vulnérabilité à la cavitation observée chez les semis de hêtre mis en
lumière. La deuxième année, l’acclimatation des semis était en grande partie réalisée pour le hêtre et
l'érable sycomore, qui avaient repris une croissance en diamètre et en hauteur active.
Mots clé : acclimatation, croissance, gain de carbone, hêtre, érable sycomore
Directeur de thèse : Daniel Epron, UMR EEF
Co-directeur : Catherine Collet, UMR LERFOB
Fascicule de thèses du département Ecologie des Forêts, Prairies et milieux Aquatiques
Février 2007
86
Année de début de thèse : 2005
Fascicule de thèses du département Ecologie des Forêts, Prairies et milieux Aquatiques
Février 2007
87
Etude de la diversité nucléotidique de gènes candidats
impliqués dans la formation du bois chez le pin maritime et
association avec les composantes de la qualité du bois.
- Camille Lepoittevin [email protected]
BIOGECO, Pierroton, Bordeaux
Ecole doctorale Sciences et Environnement, Bordeaux
Date de début de thèse : 01/01/2005
Au cours des quarante dernières années, l’optimisation des méthodes sylvicoles et l’introduction de
variétés améliorées ont permis d’accroître considérablement la productivité et l’homogénéité du bois
du pin maritime. Pour permettre aux acteurs de la filière bois de disposer d’une matière première de
qualité au travers d’une ressource génétique améliorée, un programme de recherche a été développé à
la fin des années 1990 afin d’étudier le déterminisme génétique et moléculaire de la qualité du bois.
Aujourd’hui, les résultats soulignent l’importance du contrôle génétique sur les composantes de la
qualité du bois et laissent envisager l'intégration des données moléculaires à la sélection d'une
nouvelle génération de géniteurs. Ce travail est l’une des problématiques majeures du travail de thèse
initié
en
collaboration
entre
l’INRA
et
l’AFOCEL.
La thèse porte sur l'étude des relations entre le polymorphisme nucléotidique de gènes candidats et la
variabilité des caractères liés à la qualité technologique du bois chez le pin maritime. L’utilisation des
plus pertinents de ces marqueurs moléculaires pour la sélection d'une nouvelle génération de géniteurs
est
un
objectif
majeur.
Une liste de gènes candidats a été établie sur la base d’une étude bibliographique. Le séquençage de
ces gènes, en cours actuellement, permettra très prochainement d’apprécier le niveau et la structure de
la diversité nucléotidique au sein de la population. Les polymorphismes d’intérêt qui seront choisis sur
la base de cette information permettront alors de décrire la variabilité nucléotidique des géniteurs de la
population d’amélioration du pin maritime, sur lesquels les valeurs génétiques des composantes de la
qualité du bois seront estimées. Enfin, des tests d’associations permettront de tester et de quantifier
l’implication des variants alléliques dans la variation des composantes de la qualité du bois.
Ce projet porte essentiellement sur l'amélioration de la densité et de la composition chimique de la
paroi secondaire. Il intéresse donc à la fois l'industrie de la trituration et du sciage. L’objectif final est
de proposer un test diagnostic de la qualité du bois du pin maritime sur la base de polymorphismes
nucléotidiques, afin d'améliorer in fine la qualité du bois et des produits dérivés.
Mots clé : qualité du bois, génétique d’association, Pin maritime, gènes candidats
Directeur de thèse : Christophe Plomion, BIOGECO
Co directeur de thèse : Luc Harvengt, AFOCEL LBT
Fascicule de thèses du département Ecologie des Forêts, Prairies et milieux Aquatiques
Février 2007
88
Impact du réchauffement climatique sur la dynamique de
végétation de montagne
- Jeanne Bodin [email protected]
UMR Ecologie et Ecophysiologie Forestière, Nancy
Date de début de thèse : 01/04/2005
L’objectif général est d’analyser l’impact du changement climatique récent sur la biodiversité végétale
dans les Alpes.
Les zones de montagne sont particulièrement intéressantes car les gradients thermiques y sont fort
(0,6°C/100m d’altitude en moyenne). Une faible augmentation de température pourrait donc se
traduire par un déplacement altitudinal significatif.
Nous tenterons de quantifier les mouvements de végétation observés au cours du XXème siècle, de
caractériser les causes de ces mouvements et de tester leur généralité. La méthodologie utilisée
s’appuie sur le rééchantillonnage d’observations anciennes dans les Alpes suisses et françaises.
Limite inférieure d’aire de répartition
Les réponses des espèces au niveau de la limite inférieure de leur aire de répartition ont été peu
sujettes à investigations. Une remontée de cette limite inférieure signifie pourtant une rétraction de
l’aire de répartition et peut avoir des conséquences importantes sur la conservation des espèces et la
biodiversité. Nous vérifions donc la présence d’espèces de l’étage alpin à leur ancienne altitude
inférieure dans la Bernina, où des relevés du début du XXème siècle sont disponibles.
Déplacement des espèces dans l’étage montagnard
Un deuxième volet s’effectue en forêt de montagne, où la sylviculture y est moins intensive qu’en
plaine, et où le milieu permet de s’affranchir de l’impact des activités humaines telle que la
recolonisation des pâtures après abandon du pastoralisme.
Le rééchantillonnage est réalisé sur placettes non-permanentes, et les variations temporelles de
l’environnement sont interprétées au sein des communautés végétales à l’aide de la valeur indicatrice
des espèces.
En vallée de la Maurienne, des résultats préliminaires montrent une eutrophisation de la végétation due
à l’augmentation locale du trafic routier ou à une océanisation du climat. Dans l’ensemble du Sud-Est
de la France, on constate l’élévation de l’optimum d’altitude d’un nombre significatif d’espèces. Des
causes anthropiques directes telles que la fermeture et la maturation séquentielle de la forêt suite à
abandon du pastoralisme seraient en cause, plutôt qu’un effet du réchauffement climatique seul.
Mots clé : Réchauffement climatique, dynamique de la végétation, végétation herbacée, bioindicateur,
montagne
Directeur de thèse :
Jean-Luc Dupouey, DR2, INRA Nancy
Gian-Reto Walther, Université de Bayreuth, Allemagne
Fascicule de thèses du département Ecologie des Forêts, Prairies et milieux Aquatiques
Février 2007
89
Evaluation du risque environnemental lié à l’utilisation de
larvicides d’origine biologique dans le cadre de la lutte anticulicidés. Développement et validation expérimentale de
méthodes d’évaluation des effets sublétaux chez des
invertébrés aquatiques non-cibles
- Claire Duchet [email protected]
UMR ESE, Rennes
Ecole Doctorale Vie Agro Santé, Agrocampus
Date de début de thèse : 01/04/2005
Les zones humides constituent un patrimoine naturel remarquable en raison de leur richesse
biologique et des importantes fonctions naturelles qu'elles remplissent (régulation du régime des eaux,
auto-épuration des cours d'eau, réservoirs biologiques, etc.). Ces milieux sont également des lieux
hautement favorables à la prolifération de nombreuses espèces d’insectes, tels que les moustiques
(Diptères : Culicidés), dont certaines espèces particulièrement nuisantes font l’objet de traitements. Or,
ces traitements peuvent avoir des répercussions sur la biodiversité des peuplements d’invertébrés. Il
apparaît dès lors indispensable d’évaluer le risque écotoxicologique lié à leur utilisation.
Dans ce contexte, l’objectif du projet de thèse est de définir, de mettre en œuvre et de valider des
méthodes d’évaluation des risques environnementaux d’insecticides d’origine biologique, déjà utilisés
(Bti) ou susceptibles de l’être (spinosad), dans le cadre de traitements anti-larvaires de démoustication
en France, dans deux écorégions : le milieu littoral atlantique et le milieu littoral méditerranéen. D’une
manière générale, la démarche consiste à évaluer la concentrations des produits dans le milieu et à
mettre en relation l’exposition des individus avec les réponses biologiques quantifiées au niveau des
organismes (approche de type écophysiologique ou physiopathologique) et des populations (approche
démographique).
Ainsi, deux types d’approches (descriptive, analytique, générique) se combinent :
- Une approche de laboratoire, basée sur des tests de toxicité permettant de mesurer l’intensité des
effets au niveau individuel sur un taxon utilisé comme modèle (Daphnia sp.), à l’aide de critères
biochimiques représentatifs des processus d’intoxication et de métabolisation (activités d’enzymes de
type estérases : acétylcholinestérase, carboxylestérases, et chitobiase) et de critères physiologiques
relatifs à l’expression de diverses performances individuelles (survie, reproduction, croissance) ;
- Une approche en microcosmes in situ (en zones littorales atlantique et méditerranéenne), permettant
d’obtenir des conditions intermédiaires entre le laboratoire et le milieu naturel. Ainsi, dans des
conditions plus réalistes, les réponses des daphnies sont mesurées au moyen de critères
démographiques pour suivre les populations (effectif, structure d’âge, etc.). Les réponses obtenues en
milieu naturel dans les deux écorégions sont par la suite confrontées à celles obtenues en laboratoire.
In fine, les études dans les deux écorégions sont ensuite comparées dans le but d’harmoniser des
méthodes d’évaluation de risque environnemental applicable à l’ensemble des milieux traités dans le
cadre de la démoustication.
Mots-clefs : insecticide, démoustication, impacts non intentionnels, individu, population, daphnie
Directeur de thèse : Dr. Laurent Lagadic, HDR, Directeur de Recherche INRA, UMR ESE
Fascicule de thèses du département Ecologie des Forêts, Prairies et milieux Aquatiques
Février 2007
90
Co-directeur de thèse : Dr. Evelyne Franquet, HDR, Maître de Conférences, IMEP – UMR 6116 CNRS, Marseille
Fascicule de thèses du département Ecologie des Forêts, Prairies et milieux Aquatiques
Février 2007
91
Diversité et dynamique des communautés phytoplanctoniques
du Réservoir Marne (Bassin versant de la Seine)
- Anne Rolland [email protected]
UMR CARRTEL, Thonon-Les-Bains
Université de Savoie, Chambéry
Ecole doctorale : SISEO
Date de début de thèse : 01/08/2005
L’identification des facteurs qui contrôlent les communautés phytoplanctoniques, à la fois en terme de
biomasse et de structure, ainsi que leur impact et leur importance relative, sont un objectif clé pour
comprendre leur dynamique et assurer un contrôle avant toute prolifération excessive. Cette recherche
est par ailleurs nécessaire pour satisfaire le « bon état écologique » des systèmes aquatiques tel que
préconisé par la Directive Cadre Européenne sur l’eau (DCE). Dans cette optique, le premier objectif
de notre travail de thèse a été de décrire la dynamique spatio-temporelle et la diversité des organismes
phytoplanctoniques dans le Réservoir Marne situé dans le bassin versant de la Seine. Le second
objectif a consisté à comprendre le rôle des différents facteurs (physiques, chimiques et biologiques) et
processus (lyse virale, prédation par le zooplancton) impliqués dans leur distribution et leur régulation.
Durant deux années (2006-2007), le réservoir a été échantillonné à six stations différentes, une fois par
mois en mars et avril puis toutes les deux semaines de mai à septembre et plusieurs paramètres
physiques, chimiques et biologiques ont été mesurés. De plus, une sonde fluorométrique immergeable
(Fluoroprobe, bbe-Moldaenke) a été utilisée pour discriminer et quantifier les classes algales
majoritaires in situ. L’originalité de ce travail de thèse a reposé à la fois sur l’effort porté à
l’échantillonnage mais également sur les outils mathématiques utilisés pour exploiter et interpréter nos
données. La première est une approche temporelle et spatiale horizontale. Les méthodes statistiques
utilisées ont été des méthodes multitableaux : l’Analyse Triadique Partielle (ATP) pour les réponses
aux questions concernant les matrices phytoplanctoniques uniquement ; l’Analyse de Co-inertie
Multiple (ACOM) pour répondre aux questions concernant les matrices phytoplanctoniques et
environnementales. Dores et déjà, l’ATP a montré qu’il semble y avoir 3 périodes clés au cours des
deux années, périodes pour lesquelles nous avons observé des changements drastiques dans les
communautés phytoplanctoniques. Par ailleurs, une des 6 stations semble être représentative de la
dynamique du phytoplancton pour l’ensemble du réservoir et constitue un intérêt tout particulier pour
les gestionnaires de cet écosystème. La seconde approche a consisté en une analyse spatiale verticale.
L’ACOM a permis de prendre en considération les différentes profondeurs dans l’analyse. Par ailleurs,
grâce à l’utilisation de la sonde fluorométrique immergeable, des profils ont été réalisés et couplés à
des dénombrements microscopiques classiques effectués sur des prélèvements discrets pour valider les
données obtenues par la sonde. Ainsi, nous avons été en mesure de suivre l'évolution des populations
phytoplanctoniques sur un gradient de profondeur. La troisième approche s’apparentait à une
technique de dilution pour estimer la part de mortalité due à la lyse virale et au zooplancton sur les
communautés phytoplanctoniques et déterminer l'importance des contrôles «top-down » et « side-in »
respectivement. Les analyses sont actuellement en cours.
Mots clé : Phytoplancton, Dynamique, Diversité, Ecologie, Réservoir Marne.
Directeur de thèse : Dr Stéphan Jacquet, UMR CARRTEL, Thonon-Les-Bains
Fascicule de thèses du département Ecologie des Forêts, Prairies et milieux Aquatiques
Février 2007
92
Fonctions et diversité des communautés microbiennes
aquatiques soumises à des perturbations anthropiques
- Aurélie Villeneuve [email protected]
UMR CARRTEL, Thonon-les-Bains
Université de Savoie
Ecole Doctorale : SISEO
Date de début de thèse : 01/10/2005
L’application de produits phytosanitaires pour l’entretien des vignes provoque une augmentation de la
teneur en polluants dans l’environnement et notamment dans les rivières.
Les microorganismes périphytiques se développant au sein de ces rivières sont donc soumis à une
forte pression de pollution.
L’exposition de ces organismes aux pesticides peut avoir des conséquences pour l’écosystème entier
en altérant d’une part, la stabilité des populations algales et indirectement bactériennes (en terme de
résistance et de résilience) et d’autre part leurs contributions aux phénomènes d’auto-épuration des
cours d’eau. Il est donc important de caractériser l’impact des phytosanitaires sur les populations
périphytiques en terme de diversité et de fonctionnement.
Afin d’évaluer l’effet de deux pesticides de la viticulture (Diuron et azoxystrobine) en milieu d’eau
courante, des communautés périphytiques naturelles ont été étudiées au sein de rivières artificielles.
L’essai a été mené à des concentrations de pesticide rencontrées en milieu naturel et sous différents
régimes hydrologiques.
L’effet sur la diversité algale et bactérienne a été évalué par microscopie et par une méthode
d’empreinte génétique ; la DGGE (Denaturating Gradient Gels Electrophoresis) sur les gènes codant
pour l’ARN 18s et 16s. Les productions primaire et bactérienne, la nitrification, dénitrification et
respiration ont été mesurées afin d’estimer les effets sur le fonctionnement.
Les premiers résultats montrent que la diversité périphytique dépend du régime hydrologique plus que
de la présence des polluants. La composition spécifique et l’indice de Shannon ne varient pas après
une exposition à court ou moyen terme au mélange polluant. Cependant, le fonctionnement du
périphyton est affecté par la présence des polluants. Leur impact dépend du régime hydrologique et est
plus marqué dans les zones de faible courant.
Mots clés : pesticides, périphyton, diversité, fonction, vitesse de courant
Directeur de Thèse : Dr Montuelle Bernard, Cemagref de Lyon
Dr Bouchez Agnès, UMR CARRTEL, Thonon-les-Bains
Fascicule de thèses du département Ecologie des Forêts, Prairies et milieux Aquatiques
Février 2007
93
Impact du changement climatique sur la phénologie des
arbres en forêts de montagne. Mesures in situ et dans des
tests de provenances
- Yann Vitasse [email protected]
UMR 1202 BIOGECO, Bordeaux
Université Bordeaux 1, Bordeaux
Ecole doctorale : SVGSE
Date de début de thèse : 01/10/2005
Ecologie fonctionnelle
Au cours des changements climatiques passés, les espèces végétales ont répondu de trois manières :
soit elles ont su s’adapter grâce à leur plasticité phénotypique et/ou leur forte diversité génétique, soit
elles ont migrées, soit enfin elles se sont éteintes localement. Aujourd’hui, l’intensité des changements
climatiques annoncés n’a jamais été atteinte depuis le dernier réchauffement post glaciaire et pose
donc la question de la capacité d’adaptation des espèces longévives comme les arbres en un temps
aussi court.
Le but principal de ce travail est donc d’apporter une contribution à l’appréhension des changements
potentiels des écosystèmes forestiers au cours des prochaines décennies. Les objectifs de cette thèse
sont d’une part d’évaluer la sensibilité phénologique de diverses essences forestières vis-à-vis de la
température, à l’aide d’un gradient altitudinal dans les Pyrénées ; d’autre part, d’évaluer la part des
effets génétiques et de la plasticité dans les patrons phénologiques observés in situ, à l’aide de tests de
provenances.
Nous avons montré que la sensibilité phénologiques des arbres à la température était très différente
selon les espèces mais très proche au sein de différentes populations d’une même espèce, avec par
exemple, une extension de la durée de croissance de 7 à 13 jours par degré supplémentaire pour le
frêne élevé et le chêne sessile, respectivement. Nous avons également trouvé que les différentes
populations échantillonnées présentaient de fortes adaptations pour la phénologie et la croissance
malgré la faible distance qui les sépare. Ce dernier résultat montre le potentiel adaptatif de certaines
espèces face à un réchauffement du climat. Les différences mesurées entre les espèces au niveau de
leur sensibilité phénologique, potentiel adaptatif et plasticité vis-à-vis de la température suggèrent que
la composition actuelle des forêts naturelles risque d’être profondément modifiée par le réchauffement
climatique en cours qui affectera les interactions biotiques entre les espèces.
Mots clés : phénologie, changement climatique, gradient altitudinal, plasticité, adaptation
Directeur de thèse : Richard Michalet, Université de Bordeaux, UMR BIOGECO, Bordeaux,
France
Co-directeur : Sylvain Delzon, Université de Bordeaux, UMR BIOGECO, Bordeaux, France
Fascicule de thèses du département Ecologie des Forêts, Prairies et milieux Aquatiques
Février 2007
94
Structuration génétique des populations de tordeuses du
mélèze (Zeiraphera diniana) dans l’espace et dans le temps
- Sophie Delamaire [email protected]
URZF, INRA d’Orléans
EDST Orléans
Date de début de thèse : 15/10/2005
Les écosystèmes dans lesquels évoluent les insectes forestiers sont particuliers, notamment de par leur
longévité et leurs dimensions spatiales. Cela se reflète dans l’existence de patrons spécifiques de
dynamique des populations incluant, chez de nombreuses espèces, des éruptions plus ou moins
cycliques. La compréhension des mécanismes sous-tendant ces phénomènes de pullulations a fait, ces
dernières années, l’objet d’une attention renouvelée en raison des outils de génétique et de
modélisation désormais disponibles.
La tordeuse Zeiraphera diniana est un des modèles de prédilection. Une particularité de cet insecte est
la forte régularité dans la cyclicité de ses pullulations, qui interviennent tous les 8 à 10 ans depuis des
millénaires. Elles se développent dans l’espace le long de l’arc alpin sous forme de vagues
directionnelles, des Alpes Maritimes vers les Alpes Autrichiennes.
Des modèles proie-parasites fournissent une représentation correcte du développement temporel des
populations en un site donné, mais permettent difficilement de reconstituer leur expansion spatiale.
Cet aspect soulève la notion de capacité de dispersion et pose la question du rôle joué par les
migrations qui restent mal connues et difficilement quantifiables par les techniques traditionnelles.
D’autres modèles présentent la dynamique de la tordeuse comme un phénomène couplant une théorie
d’épicentres et de « travelling waves » associée aux migrations.
L’étude de la génétique des populations dans l’espace et dans le temps par des marqueurs génétiques a
permis de tester les hypothèses énoncées sur les processus observés. En effet, le rôle des migrations
(courtes et longues distances) dans le développement spatial et temporel des pullulations a été mis en
évidence. En outre, nos résultats appuient la théorie des épicentres et son rôle dans la dynamique de
pullulation. Cette approche génétique, combinée aux connaissances démographiques et dynamiques,
permet de mieux comprendre les mécanismes sous-tendant ce type de dynamique de populations
cycliques.
Mots clefs : insectes forestiers, génétique des populations, dynamique cyclique, travelling waves,
migrations
Directeur de thèse : Alain Roques, URZF, INRA, Orléans
Fascicule de thèses du département Ecologie des Forêts, Prairies et milieux Aquatiques
Février 2007
95
Place du statut énergétique dans la dynamique migratoire de
la civelle d’anguille européenne (Anguilla anguilla)
- Sarah Bureau du Colombier [email protected]
UMR ECOBIOP, St Pée sur Nivelle
Université de Pau et des Pays de l’Adour
Sciences Exactes et leurs Applications
Date de début de thèse : 01/11/2005
L’anguille a longtemps été considérée comme un poisson migrateur qui se reproduit en mer et réalise
sa phase de croissance en rivière. Cependant, des études réalisées au cours des dix dernières années
ont montré que certaines anguilles ne réalisent pas leur croissance en eau douce. L’absence de
migration en eau douce suggère des différences de comportement migratoire dans la zone tidale, c'està-dire que certaines civelles migreraient vers l’amont alors que les autres resteraient en mer ou en
estuaire. Le but de cette thèse a été d’essayer de comprendre l’origine des différents patrons de
migration chez la civelle d’anguille européenne (Anguilla anguilla) et principalement le rôle du statut
énergétique des individus.
Des civelles capturées en cours de migration ont été triées en structure expérimentale d’après leur
propension à continuer à migrer et classées comme M+ (forte propension) ou M- (faible propension).
Elles ont ensuite été soumises à diverses analyses. Les résultats ont mis en évidence une plus forte
teneur en énergie chez les M+ que chez les M- pour les individus capturés en milieu d’estuaire mais
pas pour ceux capturés en entrée d’estuaire. Ces observations suggèrent que la teneur en énergie chez
la civelle serait impliquée dans l’existence de divergences migratoires en milieu d’estuaire mais qu’un
facteur autre que la seule teneur en énergie serait impliqué en entrée d’estuaire. Les résultats ont
également souligné de plus fortes dépenses d’énergie et une reprise d’alimentation plus lente et / ou à
un plus faible niveau chez les M-.
Une étape traduction des résultats expérimentaux sous formes d’éléments d’un modèle de migration
estuarienne a également été réalisée. Elle a permis de mettre en évidence jusqu’où les résultats
expérimentaux permettent de reproduire le comportement migratoire de la civelle en estuaire et en
quoi ils doivent être complétés.
Mots clé : Anguilla anguilla, Civelle, Energie, Patron de migration, Modélisation
Directeur de thèse : Agnès Bardonnet, INRA, UMR ECOBIOP, St Pée sur Nivelle
Fascicule de thèses du département Ecologie des Forêts, Prairies et milieux Aquatiques
Février 2007
96
Succès reproducteur et fitness des mâles précoces de
saumon atlantique (Salmo salar L.) : effets de
l’hétérogénétité de l’habitat
- David Grimardias [email protected]
UMR INRA-UPPA ECOBIOP, Bordeaux
Université de Pau et des Pays de l’Adour
Ecole Doctorale Sciences Exactes et leurs Applications
Date de début de thèse : 01/11/2005
Les saumons atlantiques peuvent mâturer avant la smoltification et participer à la reproduction
(Taggart et al. 2001). Ces males précoces adoptent une tactique alternative, dite furtive, qui permet de
réduire les interactions avec les saumons anadromes, plus grands et agressifs. Des expériences
précédentes, effectuées dans un petit affluent de la rivière Nivelle, ont montré que ces mâles précoces
peuvent avoir un succès reproducteur élevé (Martinez et al. 2000). Ceci peut être expliqué par
l’environnement diversifié autour des frayères, qui permet aux mâles précoces de fertiliser des oeufs
sans être repérés par les grands saumons anadromes, plus facilement que dans un habitat uniformes et
dépourvu d’abri. Cette hypothèse a été testée en environnement naturel et expérimental, utilisant une
approche multidisciplinaire.
Une étude a été conduite sur deux ans dans un chenal expérimental, dans lequel deux types d’habitat,
avec et sans abris, ont été testés. Une paire de castillons ont été relâchés dans chaque section,
accompagné de 6 mâles précoces, et était libre de se reproduire naturellement. Les comportements de
reproduction, comme les interactions entre les anadromes et les tacons, ont été enregistrés
continuellement avec des caméras sensibles aux infrarouges. Des prélèvements de tissus ont été
effectués sur chaque poisson pour la caractérisation génétique. Toutes les poches d’œufs ont été
excavées au stade oeillé, échantillonnées, et la filiation a été déterminée grâce à des marqueurs
microsatellites spécifiques.
En parallèle, le succès reproducteur des deux types de males a été étudié dans une zone de la rivière
Nivelle, délimitée par deux barrages infranchissables. Les males anadromes, prélevés pour typage
génétique, ont été relâchés au-dessus du barrage aval. La construction des frayères a été suivie durant
toute la période de reproduction. Des échantillons d’œufs ont été extraits de frayères situées dans
divers habitats et analysés pour déterminer la paternité. Les génotypes males inconnus ont été attribués
aux males précoces.
Ces deux études montreront l’importance de la complexité de l’habitat pour le succès reproducteur des
mâles précoces. Elles aideront à la compréhension du rôle de ces tactiques alternatives dans le
fonctionnement et l’évolution des petites populations de saumon atlantique.
Mots clé : Salmo salar L., mâles précoces, hétérogénéité de l’habitat, succès reproducteur
Directeur de thèse : JARRY Marc, UMR INRA-UPPA ECOBIOP
Co-directeur : BEALL Edward, UMR INRA-UPPA ECOBIOP
Fascicule de thèses du département Ecologie des Forêts, Prairies et milieux Aquatiques
Février 2007
97
Contrôle génétique de la microdensité du bois, conséquences
sur l’adaptation aux variations du climat chez le douglas
(Pseudotsuga menziesii (Mirb) Franco).
- Alejandro Martinez-Meier [email protected]
UAGPF, Unité d’Amélioration Génétique et Physiologie Forestier, Orléans
Organisme d’appartenance
AgroparisTECH, ENGREF, ABIES
Date de début de thèse : 10/11/2005
Beaucoup de chercheurs affirment que le changement climatique global aura un fort impact sur les
écosystèmes naturels. Des événements extrêmes de sécheresse et de chaleur, associés au changement
climatique, prédits plus fréquents et intenses, ont fortement affecté la santé de plusieurs espèces
forestières, dont le douglas, notre espèce d’étude. La caractéristique la plus originale du changement
climatique global est certainement sa rapidité. Est-ce que le douglas peut s’adapter ? L’adaptation
comprend deux mécanismes, évolution et plasticité phénotypique. L’évolution est un mécanisme plus
lent que la plasticité : si la durée du changement est plus courte que la durée d’une génération d’arbres,
le seul mécanisme possible est la plasticité. J’utilise des profils micro-densitométriques et j’interprète
les variations inter et intra cerne de la densité du bois comme des enregistrements de l’activité
cambiale en réponse aux variations climatiques. L’estimation du contrôle génétique des composantes
microdensitométriques de la réponse des arbres permet d’apprécier le potentiel évolutif du douglas.
L’affectation du douglas par la canicule 2003 et sa récupération ont provoqué d’une part une forte
réduction de la largeur, de la densité moyenne et de la densité maximale du cerne 2003, suivie d’autre
part de la formation d’un cerne 2004 de largeur et densité de niveau habituel. Toutes les composantes
de cette réponse étaient génétiquement contrôlées. Des arbres ayant survécu à la canicule de 2003 ont
été comparés à leurs proches voisins morts suite à cette canicule : les arbres vivants ont une densité
moyenne du tronc, une densité moyenne du cerne, une densité maximum et une densité et proportion
du bois final significativement plus élevées que les arbres morts. Ces différences sont-elles liées à
l’architecture hydraulique des arbres et à la plasticité intra-cerne de caractères du bois ? Je pense que
les arbres morts ont réagi moins vite et moins intensément que les survivants en fabriquant un bois
final plus étroit et moins dense : ils auraient une plasticité phénotypique inférieure à celle des arbres
survivants, pour les propriétés hydrauliques du bois. Ces résultats montrent que la densité du bois joue
bien un rôle adaptatif, car elle est en relation avec la composante mortalité de la fitness. Si les
caractères qui différencient les arbres morts et survivants sont héritables, il est possible que certaines
composantes de la densité du bois du douglas évoluent sous la pression du changement climatique
global. Donc non seulement on peut utiliser la densité du bois pour améliorer la qualité du bois, mais
également pour sélectionner des génotypes mieux adaptés à de nouvelles conditions climatiques,
comme des conditions de sécheresse plus sévères pendant la saison de végétation. L’étude conjointe
de paramètres micro-densitométriques et de variables qui décrivent les caractères hydrauliques du
bois, aidera à mieux comprendre le rôle adaptatif de la densité du bois.
Mots clé : profils micro-densitométriques, plasticité phénotypique, sécheresse.
Directeur de thèse : Philippe Rozenberg, UAGPF, INRA Orléans, France.
Co-directeur : Mario Pastorino, UGF (Unidad de Genetica Forestal), INTA Bariloche, Argentina.
Fascicule de thèses du département Ecologie des Forêts, Prairies et milieux Aquatiques
Février 2007
98
Année de début de thèse : 2006
Fascicule de thèses du département Ecologie des Forêts, Prairies et milieux Aquatiques
Février 2007
99
Etudes des relations source-puits de carbone chez
Erythronium americanum
- Anthony Gandin [email protected]
Université Laval, Quebec, Canada
UMR 1137 EEF, Nancy, France
Université H. Poincaré, Nancy 1
Date de début de thèse : 01/01/2006
Les éphémères printanières des forêts décidues se caractérisent par une saison de croissance épigée
courte, débutant à la fonte des neiges et se terminant avec la fermeture du couvert forestier. En
condition constante de lumière, les plantes sénescent néanmoins après 35-40 jours de croissance. Afin
d'expliquer cette sénescence forcée, Lapointe (2001, Physiol. Plant. 113:151-157) suggère que la durée
de vie des parties aériennes est dépendante de la demande en C des puits. L'objectif de cette étude est
d'approfondir le rôle prépondérant du puits sur la phénologie et la croissance d'Erythronium
americanum. De morphologie simple (i.e. 1 feuille vs 1 bulbe), E. americanum constitue un modèle
biologique intéressant et proche d'un modèle théorique d'étude des interactions entre source et puits.
Différentes approches sont mises en oeuvre, de la plante entière à la cellule. Les premiers résultats ont
montré qu'une modulation de l'activité du puits à faible température de croissance (8/6°C), produit un
organe pérenne beaucoup plus gros qu'à de plus fortes températures (12/8°C, 18/14°C). Le rapport
hexose/saccharose contrôlerait le développement cellulaire du bulbe, régulant ainsi l'extension des
cellules et la capacité à accumuler l'amidon. D'autre part, une modulation de l'activité de la source,
stimulée par une forte teneur en CO2 ou inhibée par une forte teneur en O3, n'a pas d'effet sur
l'accumulation de réserves carbonées. L'activité de la voie alternative (AOX) dans le bulbe semble
alors étroitement corrélée avec le taux net de carbone fixé dans la feuille. Cette modulation de la
respiration alternative permettrait de brûler le surplus de carbone transloqué vers le bulbe afin
d'adapter la taille du pool d'hexose disponible à la capacité de stockage, illustrant ainsi un modèle
limité par le puits.
Mots clé : éphémère, allocation, hydrate de carbone, sink limited, alternative pathway,
Directeur de thèse : Pierre Dizengremel, UHP, UMR EEF, Nancy, France
Co-directeur : Line Lapointe, Université Laval, Quebec, Canada
Fascicule de thèses du département Ecologie des Forêts, Prairies et milieux Aquatiques
Février 2007
100
Caractérisation anatomique et transcriptomique de la
formation du bois en réponse à un cycle court de sécheresse
– réarrosage chez le peuplier
- Régis Fichot [email protected]
UPRES EA 1207 LBLGC – USC2030 INRA ARCHE, Université d’Orléans ; UR 588 AGPF,
INRA Orléans
Ecole doctorale : sciences et techniques
Date de début de thèse : 01/10/2006
La formation du bois chez les espèces ligneuses est un processus complexe sous contrôle génétique
mais également environnemental. La disponibilité en eau est l’un des paramètres les plus important
conditionnant la production de biomasse des ligneux, et la sécheresse affecte les propriétés structurales
du bois. Toutefois, l’étude de la réponse à la sécheresse est complexe et peut être abordée à différentes
échelles en terme d’intensité et de durée de la contrainte. La majorité des études se sont focalisées sur
les processus d’acclimatation (réponses sur plusieurs semaines à des contraintes modérées) et souvent
limitées à une caractérisation anatomique. En revanche, aucune étude à notre connaissance n’a été
menée sur des réponses transitoires à de fortes contraintes, encore moins au niveau moléculaire. La
thèse s’inscrit dans cet aspect et a pour objectif la caractérisation à la fois au niveau anatomique et
transcriptomique de la formation du bois en réponse à un cycle court de sécheresse – réarrosage. Le
modèle d’étude utilisé est la formation du bois de tension chez le peuplier (genotype INRA 717-1B4).
Une première expérience a été réalisée en 2007. La caractérisation anatomique révèle des
modifications séquentielles de l’anatomie du bois au cours du cycle de sécheresse – réarrosage : (i) la
taille des fibres diminue progressivement alors que l’épaisseur des parois augmente suite à l’arrêt
d’arrosage, (ii) le nombre de vaisseaux formés augmente de manière très importante mais de façon
transitoire suite au réarrosage ce qui suggère un impact de la sécheresse sur les phases précoces de
différenciation des initiales cambiales. Cette expérience a également été le support d’une étude globale
de l’expression des gènes (puces Affymetrix) 14 heures après réarrosage ce qui a permis d’identifier
plus de 2700 gènes différentiellement exprimés entre les arbres non réarrosés et ceux réarrosés.
Certains gènes impliqués dans les processus de biosynthèse de la paroi cellulaire ou de son
extensibilité (pectine-acetylesterases, pectine methylesterases, xyloglucane endotransglycolases,
expansines) ainsi que certains impliqués dans la régulation des flux d’eau (aquaporines) constituent à
priori des candidats potentiels pour expliquer en partie les modifications anatomiques observées. La
recherche de candidats potentiellement impliqués dans le déterminisme cellulaire est en cours.
Une deuxième expérience de cinétique courte (5 points de collecte durant les 24 heures suivant
le réarrosage) a été réalisée en 2008. Cette expérience permettra de suivre l’expression des gènes
candidats retenus (qRT-PCR).
En perspectives, des protéines recombinantes seront produites pour quelques candidats et
utilisées pour des expériences d’immunolocalisation. A terme, l’ensemble des données fournira une
meilleure base pour la compréhension des modifications structurales observées.
Mots clés : transcriptomique, peuplier, anatomie, sécheresse, réarrosage
Directeur de thèse : BRIGNOLAS Franck, LBLGC-USC INRA ARCHE, Université d’Orléans
Co-directeur de thèse : PILATE Gilles, UR AGPF, INRA Orléans
Fascicule de thèses du département Ecologie des Forêts, Prairies et milieux Aquatiques
Février 2007
101
Mécanismes comportementaux des invasions biologiques :
flexibilité et communication chez l’Etourneau sansonnet
- Alexandra Rodriguez [email protected]
UMR ESE, Rennes
Université de Rennes 1
Vie Agro Santé
Date de début de thèse : 01/10/2006
Les invasions biologiques, qu’elles soient spontanées ou liées à des introductions par l’homme, sont
devenues l’objet d’une recherche d’autant plus urgente que le phénomène s’accroît et génère des
problèmes importants pour la biodiversité et l’économie. La connaissance des mécanismes qui sous
tendent le processus d’invasion s’avère indispensable pour prédire et gérer les invasions. Les capacités
d’ajustements comportementaux ont été soulevées depuis longtemps mais c’est seulement très
récemment que quelques travaux ont démontré l’intérêt de la flexibilité comportementale et de la
réduction des néophobies (peur de la nouveauté) chez différents vertébrés invasifs. Il est notamment
suggéré que les populations en cours d’invasion (installation ou propagation) qui sont confrontées à
des milieux nouveaux parfois sub-optimaux expriment plus de comportements d’innovation que des
populations installées dans un site depuis de nombreuses générations. Pour étudier ces phénomènes
nous travaillons sur l’Etourneau sansonnet comme modèle.
Problématique : Le succès d’un vertébré invasif est-il lié à une flexibilité comportementale, à une prise
de risque et à une transmission d’information importantes chez les populations en front de propagation
?
Hypothèse 1 : Les individus en front de propagation utilisent d’avantage l’information sociale car ils
se trouvent dans une situation nouvelle et disposent de peu d’information concernant la distribution
des ressources.
Méthode : Evaluation de l’attractivité visuelle et acoustique à l’aide de leurres empaillés et de
diffusion de chants.
Résultats : Attractivité visuelle supérieure à 30% sur les fronts de propagation versus moins de 15%
d’attractivité dans les milieux occupés depuis longtemps.
Attractivité acoustique comprise entre 40 et 65% sur les fronts de propagation versus 25%.
Hypothèse 2 : Les individus des fronts de propagation seraient moins néophobes vis-à-vis des milieux,
des objets et des aliments nouveaux.
Méthode : Mesure des temps de latence pour pénétrer dans un environnement nouveau, pour
approcher des objets nouveaux et consommer des aliments inconnus.
Premiers résultats : il existerait des individus néophobes et non néophobes aussi bien dans les milieux
nouveaux que dans les anciens ce qui confèrerait une flexibilité comportementale aux groupes (à
vérifier en augmentant l’échantillonnage).
Dernières hypothèses : la vie en groupe faciliterait l’expression et la généralisation de certains
comportements. Cette dernière partie est en cours de réalisation.
Mots clés: invasion biologique, information sociale, néophobie, facilitation sociale
Directeur de thèse : Philippe Clergeau Museum d’Histoire Naturelle
Fascicule de thèses du département Ecologie des Forêts, Prairies et milieux Aquatiques
Février 2007
102
Co-directrice : Martine Hausberger UMR 6552 Ethologie Animale et Humaine
Fascicule de thèses du département Ecologie des Forêts, Prairies et milieux Aquatiques
Février 2007
103
Hétérogénéité des paysages et dynamique des insectes
forestiers
- Anne-Maïmiti Dulaurent [email protected]
UMR 1202 BIOGECO, Bordeaux - Pierroton
Université Bordeaux 1
Ecole Doctorale Sciences et Environnements
Date de début de thèse : 01/10/2006
Les peuplements forestiers mélangés subissent en général moins de dégâts d’herbivores que les
peuplements purs. A l’échelle du paysage cette relation diversité–herbivorie se traduirait par une
moindre infestation des mosaïques hétérogènes (assemblages de peuplements de différentes
compositions forestières) que des monocultures d’une essence.
La relation entre hétérogénéité et résistance à l'herbivorie dépendrait notamment de la composition des
paysages (habitat/non habitat pour les herbivores ou leurs ennemis naturels) et de leur fragmentation
(barrière à la dispersion).
Afin de valider ces hypothèses, les niveaux d’infestation de la processionnaire du pin (Thaumetopoea
pityocampa) ont été échantillonnés dans la forêt des Landes de Gascogne, une monoculture de pin
maritime (Pinus pinaster) de plus d’un million d’hectares, parsemée d’îlots de feuillus et de zones de
milieu ouvert. Les taux de présence de l’insecte ont été comparés au sein de triplets de parcelles de pin
de même type mais situées au centre soit d’une mosaïque homogène de pin maritime, soit d’une
mosaïque hétérogène caractérisée par la présence de nombreux feuillus, soit d’une mosaïque
hétérogène caractérisée par la présence de nombreux milieux ouverts. Les premiers résultats montrent
que les niveaux d’infestation sont plus élevés dans les parcelles inclues dans une mosaïque homogène.
Un mécanisme écologique fondamental explique en partie la relation diversité des écosystèmes résistance aux herbivores: l’impact des ennemis naturels. Ainsi les parasitoïdes ou les prédateurs de la
processionnaire pourraient être favorisés par la présence de feuillus qui leur fourniraient un abri, une
nourriture complémentaire ou bien des hôtes / proies alternatifs. Une première expérimentation a été
menée sur les effets de différents types d’alimentation (spécifiques des différents types d’habitat) sur
la durée de vie des parasitoïdes de la processionnaire. Une seconde expérimentation a permis de
comparer les taux de parasitisme de pontes de processionnaire selon leur situation dans le paysage. Les
résultats de ces deux expérimentations devraient permettre de mieux comprendre les relations entre
l’impact des ennemis naturels et la composition du paysage.
Mots clé : Thaumetopoea pityocampa, Landscape diversity, Enemies hypothesis
Directeur de thèse : Hervé Jactel, UMR 1202 BIOGECO
Co-directeur : Jean-Pierre Rossi, UMR 1202 BIOGECO
Fascicule de thèses du département Ecologie des Forêts, Prairies et milieux Aquatiques
Février 2007
104
Vulnérabilité des essences forestières au changement
climatique : réponses du hêtre et des hêtraies planitiaires
françaises à la sécheresse
- Daniel E Silva [email protected]
EEF, Champenoux
Ecole doctorale : RP2E
Date de début de thèse : 01/10/2006
Cette thèse s’inscrit dans le cadre d’une collaboration entre gestionnaires et scientifiques. La réflexion
porte sur la réponse des espèces forestières au changement climatique annoncé. Les dépérissements
observés ces dernières années poussent à accroître notre compréhension des mécanismes de réponses
et à identifier les risques écologiques. L’originalité de ce projet réside dans les différents niveaux
d’intégration des réponses des ligneux, qui vont de l’arbre à l’aire biogéographique. Ce travail
s’intéressera principalement aux limites sud de l’aire du hêtre, susceptibles d’être le lieu de
modifications importantes : ces zones constituent des terrains privilégiés pour tester certaines
hypothèses d’évolution de l’aire.
Les principaux objectifs de cette thèse sont, tout d’abord, de définir les contraintes écologiques
s’exerçant sur le hêtre et de comprendre de quelles manières ces contraintes s’expriment sur l’arbre,
sur le peuplement et sur l’aire biogéographique. Ensuite, nous porterons nos efforts sur la
problématique de la compensation de facteurs : existe-t-il des facteurs environnementaux, notamment
topo-édaphiques, qui permettent au hêtre de persister dans des zones climatiquement défavorables ?
Enfin, nous réfléchirons sur l’évolution possible du hêtre dans les zones limites de son aire de
répartition.
L’analyse de données existantes (bases de données IFN, AURELHY, etc…) nous permettra de
répondre en partie aux objectifs énoncés ci-dessus et de définir des régions de travail. Des
peuplements seront sélectionnés dans ces zones, sur des critères climatiques, édaphiques et
topographiques, en répondant à un gradient essentiellement hydrique. Les peuplements feront l’objet
d’une caractérisation écologique et leur croissance sera étudiée. Grâce à des mesures dendrométriques,
des relevés floristiques et des études de sol, nous pourrons comprendre les mécanismes de limitation
de l’espèce, en intégrant les effets des différents facteurs agissant sur la présence, la croissance, la
densité et l’état des hêtraies, et ce pour modéliser l’évolution possible de sa distribution en France.
Dans le but d’évaluer la diversité de traits liés au fonctionnement hydrique du hêtre, nous avons
effectué une campagne de récolte de faines sur les plateaux lorrains en échantillonnant, le long d'un
gradient géographique, 10 paires de stations constituées chacune de 2 peuplements aux conditions
hydriques stationnelles contrastées. Une plantation comparative de provenances de hêtre est en cours
de réalisation. Les plants semés feront l’objet de mesures de croissance, de mortalité, de débourrement
et d’efficience de l’utilisation de l’eau. Nous pourrons ainsi mettre en évidence des différences de
comportements, comprendre à quelles échelles s'exprime la diversité de ces traits (échelle spatiale fine
ou géographique) et émettre des hypothèses sur les potentialités adaptatives du hêtre à la sécheresse.
Mots clefs : changement climatique, limite d’aire, contrainte hydrique, hêtre, écotype
Directeur de thèse : Jean-Luc Dupouey (Dr2 INRA)
Fascicule de thèses du département Ecologie des Forêts, Prairies et milieux Aquatiques
Février 2007
105
Caractérisation écophysiologique d’espèces d’Acacias
australiens et sahéliens en relation avec leur distribution le
long de gradient d’aridité.
- Nianguiri Moussa Konate [email protected]
UMR INRA-UHP 1137 EEF, Nancy
Nancy Université, UHP, Ecole Doctorale "RPPE"
Date de début de thèse : 01/12/2006
La végétation arborée des régions arides et semi-arides d’Afrique subsaharienne et d’Australie centrale
est dominée par une grande diversité d’espèces du genre Acacia. La productivité et la stabilité de ces
écosystèmes forestiers sont fortement contraintes par la disponibilité en eau. En effet, ces régions sont
extrêmement chaudes et sèches et la combinaison de ces deux contraintes est susceptible d’expliquer
l’exclusion progressive de certaines espèces du genre Acacia.
Ce travail a pour ambition d’améliorer nos connaissances sur la diversité de traits fonctionnels comme
l'efficience d'utilisation de l'eau (WUE) ou la thermotolérance de la photosynthèse en relation avec
l'aridité des habitats naturels de ces espèces dans les zones humides à sub-désertiques du Sahel
Africain et l’Australie. Il s’agira, en particulier en échantillonnant les espèces le long d’un gradient
d’aridité dans ces deux régions, d’identifier les traits fonctionnels susceptibles de contrôler la
distribution spatiale de ces espèces.
Pour répondre à ces questions, un dispositif expérimental a été mis en place sous serre à Nancy. Des
semis de plusieurs espèces d’acacias australiens et sahéliens ont été cultivés en conditions semi
contrôlées, sous alimentation en eau soit optimale, soit limitante. WUE est appréhendé soit de manière
intégrée sur la plante entière, soit de manière instantanée à l’échelle foliaire, et par analyse de la
composition isotopique en carbone 13 des tissus foliaire (δ13C). La thermotolérance des feuilles sera
évaluée par fluorescence chlorophyllienne.
Des différences importantes ont été mises en évidence entre espèces pour WUE et δ13C. Ces résultats
sont en cours d'analyse; en particulier, nous analyserons δ13C sur les glucides solubles pour confirmer
les observations sur la matière organique totale des feuilles.
Mots clef : sécheresse température acacias isotope efficience.
Directeur de thèse : Daniel Epron, UHP, UMR EEF, Nancy, France
Codirecteur de thèse : Erwin Dreyer, INRA, UMR EEF, Nancy, France.
Fascicule de thèses du département Ecologie des Forêts, Prairies et milieux Aquatiques
Février 2007
106
Année de début de thèse : 2007
Fascicule de thèses du département Ecologie des Forêts, Prairies et milieux Aquatiques
Février 2007
107
Analyse de la variabilité génétique quantitative et
moléculaire dans le complexe d’espèces d’arbres tropicaux
Eperua en Guyane française.
- Delphine Audigeos [email protected]
UMR Ecofog, Kourou
INRA
Ecole doctorale de l’Université des Antilles et de la Guyane
Date de début de thèse : 01/01/2007
La forêt tropicale est caractérisée par une forte diversité spécifique et par un niveau élevé de
compétition pour l’occupation de l’espace surtout aux stades juvéniles. Les stratégies d’occupation de
l’espace sont liées aux modalités de dispersion des graines, pour lesquelles un ensemble de données
est déjà disponible, mais les probabilités de survie des graines jusqu’à l’âge reproductif reposent sur
leur potentiel d’adaptation au milieu et sur leur capacité de compétition intra- et interspécifique. Dans
ce contexte, les espèces du genre Eperua (E .falcata et E.grandiflora) constituent un model adéquat
grâce notamment à la taille importante de leurs effectifs et à la variabilité de leurs préférences de
conditions édaphiques.
L’objectif de cette thèse est de comprendre comment la distribution de la diversité génétique neutre
(processus démographiques) et adaptative (processus démographiques et sélectifs) contribue à
déterminer la capacité de chaque espèce d’occuper l’espace et d’entrer en compétition avec les autres.
Pour cela, l’échantillonnage a été fait sur les dispositifs expérimentaux de Paracou et des Nouragues,
pour lesquels tous les arbres (de diamètre supérieur à 10 cm) sont identifiés, cartographiés et les
données topographiques et pédologiques connues. L’étude de la diversité génétique se découpe en
trois parties :
1) La diversité génétique neutre sera estimée par l’analyse de plusieurs marqueurs microsatellites
développés au laboratoire pour les deux espèces d’Eperua.
La diversité adaptative sera appréhendée de deux manières :
2) Une approche quantitative : en cultivant en milieu contrôlé des descendances en absence ou en
présence de stress et en mesurant leurs caractères adaptatifs et leurs performances.
3) Une approche moléculaire : basée sur l’étude de « gènes candidats » de la famille des aquaporines,
potentiellement impliqués dans la réponse au stress hydrique.
Les premiers résultats ont montrés un niveau satisfaisant de polymorphisme pour les deux espèces et
des écarts à la neutralité pour certains gènes étudiés. Ces résultats seront confrontés aux données des
microsatellites pour tenter d’expliquer l’origine des ces patrons de polymorphisme.
Mots clé : Eperua, diversité génétique, gènes candidats, aquaporines, stress hydrique.
Directeur de thèse : Thibaut Bernard (CNRS)
Co-directeur : Scotti Ivan (INRA)
Fascicule de thèses du département Ecologie des Forêts, Prairies et milieux Aquatiques
Février 2007
108
Contrôle Génétique de la réponse au Changement Climatique
du Mélèze lue à travers les profils microdensitométriques
- Maria Elena Gauchat [email protected]
UAGPF, Centre d’Orléans
AgroPArisTech
Ecole doctoral ABIES
Date de début de thèse : 01/02/2007
Le mélèze est une essence qui présente beaucoup d’intérêt en reboisement par sa croissance rapide et
la qualité originale de son bois. Il est de plus en plus utilisé à basse et moyenne altitude où il permettra
de diversifier certaines monocultures résineuses comme le douglas. Une des questions importantes à
laquelle sont confrontés les améliorateurs concerne les capacités d’adaptation au milieu de cette
essence, particulièrement dans un contexte de changement climatique et probablement de modification
des réserves en eau.
Trois espèces de mélèze intéressent les reboiseurs et les améliorateurs, à savoir le mélèze d’Europe, du
Japon et leur hybride interspécifique. L’excellent comportement de ce dernier en reboisement le fait
privilégier mais il n’est pas sûr qu’il puisse occuper toutes les niches écologiques potentiellement
réservées au mélèze.
L’objectif de cette thèse est d’étudier pour chacune des deux espèces et de leur hybride, la variabilité
et le contrôle génétique de leur réaction à des changements climatiques.
Cette thèse étudie finement des profils microdensitométriques du cerne de l’année 2006 obtenus par
radiographie de carottes de bois et synchronisés à l’aide d’une méthode directe de datation (« pinning
method »). Cette méthode permet d’accéder directement à de l’information sur la formation des
cernes, résultat de l’activité cambiale confrontée à des conditions environnementales variables.
Ensuite, la mise en évidence des relations entre index climatiques, marqueurs externes du type
phénologie ou croissance et la réponse observée au travers du profil microdensitométrique permettra
de repérer rétrospectivement la trace d’évènements particuliers sur certains profils de cernes.
L’analyse de la trace laissée par des événements climatiques comme des sécheresses estivales ou
printanières permet en particulier étudier l’adaptation au milieu.
Le matériel végétal utilisé pour l’étude du cerne 2006 a été choisi sur deux dispositifs suffisamment
jeunes de façon à pouvoir mesurer facilement le plus grand nombre possible de variables de croissance
tout en ayant quand même plusieurs cernes disponibles pour des études rétrospective de l’adaptabilité.
Les résultats obtenus jusqu’au présent, montrent la présence de variabilité génétique pour certains
caractères phénologiques et certains caractères de croissance. Des profils dynamiques, c’est à dire, des
profils synchronisés avec des références temporelles ont été obtenus, et mis en relation avec le climat.
Tous les autres caractères ont été observés et mesurés et sont disponibles pour la suite des analyses.
Mots clé : adaptation, bois, génétique, mélèze, climat
Directeur de thèse : Luc Pâques, UAGPF, Centre d’Orléans
Fascicule de thèses du département Ecologie des Forêts, Prairies et milieux Aquatiques
Février 2007
109
Analyse fonctionnelle de l’interaction gène-pour-gène (RAvr) lors de l’interaction entre le Peuplier et l’agent de la
rouille foliaire Melampsora larici-populina
- Stéphane Hacquard [email protected]
UMR 1136 IaM, INRA-Nancy Université
École doctorale RP2E
Date de début de thèse : 01/09/2007
La rouille foliaire du peuplier, causée par le champignon basidiomycète Melampsora larici-populina,
est la principale maladie affectant les plantations de peuplier dans le nord de l’Europe, entraînant des
pertes économiques importantes. Afin de développer des stratégies efficaces pour lutter contre cette
maladie, il est crucial de mieux comprendre la biologie de ce champignon biotrophe obligatoire. Le
séquencage du génome de M. larici-populina par le Joint Genome Institute (JGI, DOE, USA) et son
analyse par le Melampsora Genome Consortium facilite l’étude des réseaux de gènes exprimés par le
pathogène lors de l’infection et de la colonisation de sa plante-hôte, le Peuplier. Plusieurs études
récentes ont mis en évidence l’induction de protéines sécrétées par des rouilles durant le processus
infectieux et particulièrement durant la formation des structures d’infection (haustoria). Ces protéines
sécrétées seraient transportées dans les cellules foliaires ou elles pourraient interagir avec les protéines
de l’hôte pour faciliter l’infection.
Mon projet de thèse vise à : (1) Caractériser l’ensemble des protéines secrétées (secrétome) de M.
larici-populina et en particulier, idendifier les orthologues des effecteurs fongiques déjà décrits chez
d’autres champignons phytopathogènes. (2) Rechercher parmi ces effecteurs les gènes déclenchant les
réactions de défense chez la plante (gènes d’avirulence, Avr) et tester l’interaction entre les produits
des gènes d’avirulence Avr et les protéines codées par les gènes de résistance R de l’arbre.
Afin de caractériser le secrétome de M. larici-populina, j’utilise deux approches complémentaires. La
première approche, ciblée, consiste à rechercher des gènes codant des marqueurs de la virulence ainsi
que des fonctions impliquées dans le processus infectieux à partir de séquences déjà identifiés chez
d’autres agents pathogènes comme la rouille du Lin ou la rouille du Haricot. L’analyse du niveau
d’expression de ces gènes montre que la plupart sont spécifiquement accumulés lors du processus
infectieux puisque leur niveau d’expression est plus élevé après la formation des haustoria, et faible
dans les spores. L’approche génomique vise à identifier toutes les protéines sécrétées de M. laricipopulina par une analyse bioinformatique des séquences caractéristiques de ces protéines sécrétées
(peptide signal, absence de domaines transmembranaires, ancres GPI). Parmi les 16 700 gènes prédits
chez M. larici-populina, 1 500 sont des protéines sécrétées et 985 ont une taille inférieure à 300 acides
aminés. Ces dernières représentent un réservoir important de facteurs d’avirulence ou d’effecteurs
potentiels pour lesquels nous nous proposons de tester l’implication dans le processus infectieux et
leur rôle dans l’induction des mécanismes de défense de la plante.
Mots clés : champignon biotrophe - haustoria - secrétome - gène d’avirulence
Directeurs de thèse : Francis Martin, INRA, UMR IaM, Nancy, France ; Sébastien Duplessis, INRA,
UMR IaM, Nancy, France.
Fascicule de thèses du département Ecologie des Forêts, Prairies et milieux Aquatiques
Février 2007
110
Génétique et évolution des systèmes de compatibilité de
croisement dans le complexe d’espèces chêne sessile – chêne
pédonculé
- Pierre Abadie [email protected]
UMR 1202 BIOGECO, Bordeaux
Université Bordeaux 1
Ecole doctorale Sciences et Environnements
Date de début de thèse : 01/09/2007
Le chêne pédonculé (Quercus robur) et le chêne sessile (Quercus petraea) sont deux espèces qui
coexistent dans les écosystèmes forestiers européens, au sein de peuplements mixtes. Ces deux
espèces présentent des divergences écologiques et morphologiques (Kremer & al., 2002), mais
peuvent s’hybrider naturellement et une très faible différenciation génétique a été observée au niveau
de marqueurs nucléaires ou cytoplasmiques (Mariette & al., 2002). Cependant, la présence de régions
très différenciées au niveau du génôme a été démontrée (Scotti-Saintagne & al., 2004), laissant
supposer l’existence de « gènes de spéciation » responsables de la divergence de ces espèces au cours
de l’évolution.
L’objectif de cette étude est d’étudier la diversité et la différenciation génétique entre ces deux
espèces, en se focalisant sur les gènes potentiellement impliqués dans les systèmes de compatibilité de
croisement.
Pour cela, des croisements contrôlés interspécifiques père sessile / mère pédonculée ont été réalisés
afin d’évaluer la variation de compatibilité de croisement entre génotypes. 30 arbres-mère pédonculés
issus d’un pédigré mis en test Bourran (47), et représentatifs de la variabilité du pédigré ont été croisés
avec un mélange de pollen de 4 individus de chêne sessile. Des mesures de floraison, de fructification,
ainsi que des vérifications d’hybridation par génotypage des glands sont en cours. La mesure de
compatibilité de croisement pré-zygotique a été entreprise par analyse en microscopie à fluorescence
de l’évolution des tubes polliniques dans les styles des fleurs fécondées.
De plus, 19 gènes-candidats au contrôle de l’incompatibilité interspécifique (reconnaissance pollenpistil, croissance et guidage du tube ont été sélectionnés pour une étude de différenciation
nucléotidique interspécifique à partir de séquences diploïdes de 10 chênes sessiles et 10 chênes
pédonculés pour 3 populations contrastées.
Les perspectives de cette étude sont : la réalisation de croisements contrôlés sur un plus grand nombre
d’individus afin d’évaluer plus précisément la compatibilité de croisement hybride en fonction des
génotypes, et l’augmentation du jeu de données moléculaires afin d’estimer des flux de gènes
interspécifiques.
Mots clé: spéciation, flux de gènes, différenciation et diversité nucléotidique, croisements controlés
Directeur de thèse : Pauline GARNIER-GERE, INRA, UMR BIOGECO, Bordeaux, France
Co-directeur : Antoine KREMER, INRA, UMR BIOGECO, Bordeaux, France
Fascicule de thèses du département Ecologie des Forêts, Prairies et milieux Aquatiques
Février 2007
111
Diversité inter et intra-spécifique de l’efficience
d’utilisation de l’eau du chêne liège (Quercus suber L.) et du
chêne zeen (Quercus canariensis Willd.) en Tunisie
- Olfa Frouja [email protected]
UMR INRA/UHP 1137 Ecologie Ecophysiologie Forestières, INRA Nancy
Laboratoire d'Ecophysiologie, INRGREF, Ariana, Tunisie
Thèse en co-tutelle entre : Nancy-Université, UHP (Ecole Doctorale RP2E) et Université de
Tunis El Manar
Date de début de thèse : 01/10/2007
Vue l’importance écologique, économique et sociale des chênes liège (Quercus suber L.,
sempervirent) et zeen (Quercus canariensis Willd., décidu) en Tunisie, une analyse de la diversité
génétique (intra et inter spécifique) des traits fonctionnels foliaires est une première étape nécessaire
pour identifier, parmi les provenances testées, celles qui semblent les mieux adaptées à
l'environnement des montagnes du Nord de la Tunisie.
La diversité sera étudiée (i) à l'échelle de l'aire de répartition (pour Q suber) en mettant à profit des
plantations comparatives de provenances installées il y a une dizaine d'années, (ii) à l'échelle régionale
(Tunisie essentiellement, pour Q suber) en valorisant des plantations comparatives de provenances
anciennes et en installant de nouvelles et enfin (iii) à l'échelle locale en analysant des populations des
deux espèces le long de clines édaphiques. Des descendants de ces populations sont installés dans
deux dispositifs de comparaison, l'un à Tunis et l'autre en altitude. Une analyse comparative de
familles de descendances permettra d'identifier l'éventuelle composante génétique des traits étudiés.
Les traits fonctionnels foliaires analysés comprennent essentiellement: l'efficience intrinsèque
d'utilisation de l'eau (Wi) estimée par quantification de la discrimination isotopique pour le carbone 13
(∆13C), et des traits de structure foliaire (masse surfacique, teneurs en N et C, teneurs en matière
sèche) mesurés sur individus juvéniles en plantation comparative et au stade adulte (in situ).
Plusieurs questions seront abordées au cours du travail de thèse.
1. Comment évolue∆13C foliaire de chênes liège en fonction de l’âge des feuilles et au cours de
saison ? Nous essaierons de séparer les deux effets en travaillant sur des cohortes de feuilles formées à
différents moments de la saison. Cette étude permettra entre autres de préciser les dates optimales de
récolte des feuilles pour la mesure de la signature isotopique.
2. Existe-t-il une diversité de ∆13C foliaire entre provenances du bassin méditerranéen? Cette diversité
est elle reliée à des caractéristiques climatiques de sites d'origine?
3. Existe-t-il des différences de∆13C foliaire entre provenances tunisiennes, et en particulier entre
provenances des montagnes et populations relictuelles au sud de l'aire de répartition du chêne liège en
Tunisie?
4. Y a-t-il des différences de ∆13C foliaire entre les deux espèces, et dans les espèces en fonction de
leur position sur des clines édaphiques?
5. Y a-t-il un contrôle génétique pour ∆13C dans ces deux espèces, de même nature que pour le chêne
pédonculé?
Pour répondre à ces questions, nous avons installé des plantations comparatives de descendances de
populations naturelles de chêne liège et du chêne zeen (les demi-frères d’une famille étant identifiés)
et de provenances (tous descendants mélangés), en conditions contrôlées à Nancy (installation en
cours) et en conditions semi-contrôlées à Tunis et à Ain Drahem (station d'altitude); ces plantations
Fascicule de thèses du département Ecologie des Forêts, Prairies et milieux Aquatiques
Février 2007
112
seront maintenues pendant 2 ans au moins. Nous disposons d’une plantation comparative de
provenances internationales et Tunisiennes de chêne liège du bassin méditerranéen, installée depuis 10
ans en altitude à Nefza (Nord ouest de la Tunisie).
Des récoltes de feuilles seront réalisées deux années de suite sur tout ce matériel végétal et leur
composition isotopique sera analysée à Nancy. Des mesures écophysiologiques complémentaires sont
prévues.
Mots clés : Diversité génétique/ Efficience d’utilisation de l’eau /Photosynthèse/ Discrimination
isotopique du carbone ∆13C / chêne liège/ chêne zeen.
Directeurs de thèse : Erwin Dreyer, Directeur de Recherches, UMR INRA-UHP 1137 Ecologie
Ecophysiologie Forestières, INRA Nancy, France.
Belgacem Hanchi, Professeur à la Faculté des Sciences de Tunis.
Co-directeurs: Oliver Brendel, Chargé de Recherches, UMR INRA/UHP 1137 Ecologie
Ecophysiologie Forestières, INRA Nancy, France.
Mustapha Ksontini, Maître de Recherche, Laboratoire d’Ecophysiologie Végétale INRGREF TUNIS,
Tunisie
Fascicule de thèses du département Ecologie des Forêts, Prairies et milieux Aquatiques
Février 2007
113
Métabolisme énergétique, développement et comportement
précoce de l’alevin de truite (Salmo trutta) : Etude des
effets parentaux
- Thomas Régnier [email protected]
Pôle d'Hydrobiologie de Saint Pée sur Nivelle, INRA, UMR ECOBIOP
Université de Pau et des Pays de l’Adour
Ecole doctorale sciences exactes et leurs applications - ED 211
Date de début de thèse : 01/10/2007
Des travaux récents ont montré que la variabilité phénotypique des alevins était en grande partie
expliquée par des effets parentaux (Lelong 2006), que ce soit pour les caractéristiques
morphologiques, énergétiques, ou pour les comportements précoces (émergence, territorialisation,
dispersion). La variation de comportement précoce au sein des populations semble donc fortement
influencée par les caractéristiques des parents. Des travaux ont déjà montré l’effet des caractéristiques
parentales sur la taille ou le poids de l’alevin (Kamler 1992). En revanche, les mécanismes biologiques
qui permettraient de reconstituer la détermination du comportement juvénile en fonction des
caractéristiques parentales demeurent inconnus. Il reste donc à élucider la transmission de ces
comportements entre parents et enfants.
Nous proposons d’analyser de façon systématique la relation entre les caractéristiques des parents
(biométrie, âge) et le phénotype de leurs descendants à différents stades embryo-larvaires
(composition élémentaire, contenus énergétiques, métabolisme standard, du stade œuf jusqu’à
l’émergence).
L’originalité de notre approche réside dans la possibilité d’analyser individuellement tous ces traits,
afin de démêler les relations entre les caractéristiques phénotypiques à différents points du
développement et les comportements qui influent sur la fitness de l’individu (dynamique
d’émergence). L’analyse permettra aussi d’explorer la relation entre niveau de variance phénotypique
intra-ponte et le phénotype maternel. En effet, cette variance phénotypique liée aux processus
physiologiques mis en jeu lors de la maturation des gonades est actuellement mal connue, et pourrait
refléter une adaptation à la variabilité de l’environnement.
Nous prévoyons de réaliser un échantillonnage favorisant les contrastes entre origines parentales de
truites communes (Salmo trutta) (croissances différentes, microhabitats différents au cours du
développement…). Les analyses physiologiques nécessitent l’utilisation d’équipements d’une grande
sensibilité, pour l’analyse individuelle du contenu énergétique (analyseur élémentaire CHNSO) et du
métabolisme standard (micro-respirométrie).
L’objectif avoué est de mettre en lumière toute la phase reproduction / incubation / émergence du
point de vue phénotypique, afin de mieux comprendre la distribution de la variabilité au sein des
populations naturelles.
Mots clé: Comportement précoce, contenu énergétique, métabolisme standard, Salmo trutta
Directeur de thèse : Philippe Gaudin (DR)
Co-directeurs : Valérie Bolliet (MCf), Jacques Labonne (CR)
Fascicule de thèses du département Ecologie des Forêts, Prairies et milieux Aquatiques
Février 2007
114
Réponse adaptative des populations françaises de saumon
atlantique (/Salmo salar/) aux changements climatiques.
- Bal Guillaume [email protected]
EPEHA, UMR 985 INRA-Agrocampus Ouest ESE
Université Rennes 1
Ecole Doctorale VAS
Date de début de thèse : 01/10/2007
Contexte socio-économique
Dans le contexte actuel du réchauffement climatique, la réponse adaptative des espèces est un thème
d’intérêt majeur. Afin de pouvoir orienter les politiques de gestion des patrimoines naturels, il est
nécessaire de comprendre les mécanismes en jeu dans les évolutions actuelles de climat et sur cette
base de tenter de prédire celles à venir selon les différents scenarii d’évolution de l’environnement.
Ceci est d’autant plus important en ce qui concerne les espèces déjà fragilisées par l’action
anthropique et/ou présentant un caractère emblématique. De plus, la biologie des animaux
pœcilothermes, dont les poissons font partie, est directement influencée par la température du milieu
dans lequel ils évoluent. Le saumon atlantique (Salmo salar), espèce sténotherme d’eau froide
emblématique de la communauté des poissons migrateurs amphihalins et reconnu au niveau européen
comme une espèce vulnérable et patrimoine naturel remarquable, est un modèle d’étude
particulièrement intéressant. La situation de la France en limite sud de l'aire de répartition de saumon
atlantique renforce l'intérêt d'un travail ciblé sur les populations de l’hexagone.
Sujet
Cette thèse se propose d’explorer le rôle des changements climatiques globaux dans l’évolution des
traits d'histoire de vie au sein des stocks français de Saumon atlantique en s’intéressant aussi bien à
des tendances locales que nationales. Le travail se déroulera en quatre étapes :
(1) Modélisation statistique de la relation température air / eau afin de mettre à jour sur chaque cours
d'eau le lien entre ces deux paramètres. Cette approche doit permettre de reconstituer in fine
l'évolution de la température de l'eau sur des périodes où seule la température atmosphérique est
disponible.
(2) Effets immédiat et différés des modifications des conditions thermiques et hydrologiques
(conséquences d'un changement global) sur la croissance des juvéniles (essentielle dans la modulation
des choix d’histoire de vie en milieu dulçaquicole), et relativisation par rapport aux problématiques
locales d’eutrophisation.
(3) Évolution de l’âge à la smoltification à partir de données scalimétriques provenant d’individus
adultes de retour en rivière pour la reproduction.
(4) Évolution des traits d'histoire de vie des adultes en liaison avec les conditions marines rencontrées.
Mots clé : Saumon, Croissance, Température, Modèles, Traits d’histoire de vie
Directeur de thèse : Baglinière Jean-Luc, UMR 985 INRA-Agrocampus Ouest ESE
Co-directeur : Prévost Etienne, UMR 1224 Ecobiop
Co-directeur : Rivot Etienne, UMR 985 INRA-Agrocampus Ouest ESE
Fascicule de thèses du département Ecologie des Forêts, Prairies et milieux Aquatiques
Février 2007
115
Etude et modélisation de l’aire de répartition du sapin
(Abies alba) en Europe
- Frédérik Saltré [email protected]
UMR AMAP, Montpellier
CNRS Montpellier
Ecole Doctorale SIBAGHE
Date de Début de thèse : 01/10/2007
Les changements climatiques sont si rapides que la plupart des espèces, telles qu’Abies alba
(Carcaillet and Muller, 2005) ne peuvent ni s’adapter, ni migrer assez vite pour répondre à de telles
modifications climatiques. Des modèles ont été développés afin de simuler les aires de répartitions
potentielles de la végétation en fonction du climat mais ils travaillent à l’échelle du globe et néglige les
processus de dispersion encore difficile de modéliser de façon réalistes surtout à longue distance [LDD
(Nathan, 2006)].
Cette thèse a pour objectif d’étudier l’évolution de l’aire de répartition passée et future d’Abies alba en
Europe. Pour ce faire nous allons coupler un modèle d’aire de répartition (Phénofit) basé sur les
processus (phénologie, résistance au gel, survie…) et centré sur l’espèce, avec un algorithme
permettant de simuler la dispersion de graine d’Abies alba.
Cet algorithme de dispersion est basé sur l’algorithme de Gibbs déjà utilisé en foresterie (Stoyan and
Stoyan, 1998; Gaucherel et al, 2006). Le principe est d’identifier une fonction statistique (appelée
« fonction de coût ») qui résume l’ensemble des interactions existantes entre les paires d’arbres (ou de
cohortes) à l’intérieur de la communauté. Cette fonction de coût est minimisée pour obtenir une
distribution spatiale des arbres (ou cohortes) en accord avec les processus écologiques influençant la
répartition spatiale de(s) espèces(s).
Nos résultats mettent tout d'abord en évidence une distribution spatiale des individus et une dynamique
de dispersion en accord avec les observations à l’échelle paysagère. De plus, une comparaison avec
différents noyaux de dispersion montre que l’algorithme de Gibbs est également en mesure de
reproduire l’accélération de la dispersion observée dans les relevés polliniques à grande échelle. Les
dates d'arrivée de certaines espèces entre leurs refuges et les limites de l'Europe en particulier sont
assez bien retrouvées, même avec le seul facteur topographique.
Mots clé : modélisation, dispersion, processus de Gibbs, aire de répartition, changements climatiques
Directeur de thèse : Cédric Gaucherel - INRA, UMR AMAP, Montpellier
Co-directeur : Isabelle Chuine - Centre d’Ecologie Fonctionnelle et Evolutive, CNRS, Montpellier.
Fascicule de thèses du département Ecologie des Forêts, Prairies et milieux Aquatiques
Février 2007
116
Intégrer la résistance au froid dans des modèles de
prédiction des aires de répartition des arbres.
- Guillaume Charrier [email protected]
Equipe BiodHiv–UMR PIAF
Ecole doctorale Sciences de la Vie et de la Santé
Date de début de thèse : 01/10/2007
Les modèles actuels prédisent l’évolution de l’évolution des aires de répartition des arbres selon les
scénarii probables de changement climatique. Parmi ceux-ci, les plus mécanistes (ex. Phénofit, Chuine
et Beaubien, 2001) utilisent la résistance maximale au gel sans appréhender la dynamique au cours de
l’hiver de cette résistance. Or, celle-ci évolue au cours de l’hiver, on parle d’endurcissement puis de
désendurcissement. Prendre en compte cette évolution devrait permettre de mieux prédire les gels aux
marges de l’hiver (gels automnaux et printaniers).
La température gélive provoque des dégâts est estimable par la résistance des rameaux de l’année
(organes aériens les plus sensibles) ; c’est un paramètre physiologique dynamique au cours de
l’hiver estimé par la LT50 ou température létale pour 50% des cellules :
- les arbres s’endurcissent à l’approche de l’automne sous l’effet de la diminution de la photopériode
et de la baisse des températures.
- avant le débourrement une phase de désendurcissement se produit toujours sous l’effet de la
température.
Il a été montré par corrélation que la résistance au froid chez le Noyer peut être prédite à partir des 4
paramètres suivants : moyenne des températures minimales des 15 jours précédents, contenu en
amidon, contenu en sucres solubles, humidité pondérale.
Le premier objectif de ce travail est donc de quantifier la réponse de l’ensemble de ces paramètres par
rapport à la température. Pour cela, il convient de déterminer la loi d’action de la température sur
l’hydrolyse de l’amidon et par conséquent la formation de sucres solubles (Morin et al., 2007). Il faut
également déterminer la capacité de réhydratation des rameaux, principalement sous l’effet de la
température édaphique au niveau de l’activité du système racinaire (Améglio et al., 2002). Ces
mesures sont effectuées sur des arbres soumis aux températures extérieures mais aussi en conditions
contrôlées.
Le second objectif de ce travail consiste en l’étude des relations entre phénologie et capacité
d’endurcissement. Pour cela, plusieurs variétés de noyer à précocité de débourrement différentes sont
suivies de l’automne au printemps pour la résistance au gel, l’évolution des réserves glucidiques, les
besoins de froid pour lever la dormance et les besoins de chaleur pour permettre la croissance des
bourgeons.
Ainsi, à partir de ces mesures, nous souhaitons développer un modèle réellement mécaniste de la
biologie hivernale du noyer (dans un premier temps) afin de prédire les risques de gel à tous instants.
Mots clés : Biologie Hivernale, Résistance au froid, Endurcissement, Survie, Phénologie,
Métabolisme carboné, Noyer.
Directeur de thèse : Thierry AMEGLIO
Fascicule de thèses du département Ecologie des Forêts, Prairies et milieux Aquatiques
Février 2007
117
Stabilité de la relation entre discrimination isotopique du
Carbone 13 durant la photosynthèse et efficience
d’utilisation de l’eau.
- Cyril Douthe [email protected]
Nancy-Université UHP
UMR INRA-UHP 1137, EEF
Ecole Doctorale : RP2E
Date de début de thèse : 01/10/2007
Au cours de sa vie, la plante doit faire des compromis entre acquisition de carbone et consommation
en eau. Le rapport entre quantité de carbone acquise et eau consommée pour cette acquisition est
appelé Efficience d’Utilisation de l’Eau (WUE). Le modèle de Farquhar (1989) décrit les relations
entre WUE et discrimination isotopique du Carbone 13 (13C) pendant la photosynthèse. Cependant,
il n’est pas certain que la variabilité de13C obse rvée aux échelles inter et intraspécifiques (comme
dans le cas des chênes, des peupliers, des pins…) reflète systématiquement une variabilité de WUE.
Premièrement, une différence des pas de temps d’intégration entre les deux types de données génère
une incertitude dans la relation WUE / 13C. C’
est le cas lorsque l’
on compare le 13C foliaire (qui
intègre toute la vie de la feuille) et l’efficience d’utilisation de l’eau intrinsèque (dont le pas de temps
est quasi instantané). Deuxièmement, une variation des paramètres de discrimination du modèle de
Farquhar peut induire une variation de 13C non corrélée à une variation de WUE.
De ce fait, il est indispensable d’étudier les variations de 13C et de WUE sur le même pas de temps
d’intégration, et donc de faire appel à une technique de mesure en ligne de la discrimination isotopique
du 13C pendant la photosynthèse. De plus, il est indispensable de vérifier la stabilité, ou au contraire
de caractériser la variabilité temporelle et génétique de certains paramètres du modèle de Farquhar.
Nous nous intéresserons particulièrement à la conductance interne (mésophyllienne) au CO2 et au
facteur de discrimination de 13CO2 lors de la fixation du CO2. Pour cela nous devons :
- construire un système de mesure en ligne des échanges gazeux foliaires et de la discrimination
isotopique. Le système d’échanges gazeux est constitué (principalement) d’une chambre à
photosynthèse pour feuille entière, et permet de contrôler les variables environnementales autour de la
feuille (T°C, lumière, [CO2], pression atmosphérique et humidité de l’air). Le 13C sera mesuré avec
une technique innovante de spectrométrie optique (Campbell, TGA100) capable de mesurer en direct
les concentrations en 12CO2 et 13CO2;
- étudier comment varie la relation WUE / en fonction des conditions environnementales (T°C,
lumière, [CO2] et humidité de l’air);
- évaluer la stabilité du modèle entre différents génotypes de peuplier. Nous voulons savoir si pour
chaque clone de peuplier, la relation WUE /  est la même, ou si des différences de fonctionnement
photosynthétique changent la discrimination, pour une même efficience d’utilisation de l’eau;
- nous complèterons ensuite ces données par des mesures biochimiques (dosage enzymatique etc..),
pour savoir si les éventuelles variations de relation WUE /  sont dues à des variations de processus
biochimiques;
Mots clé : WUE, 13C, photosynthèse, discrimination en ligne, peuplier
Directeurs de Thèse : Erwin Dreyer, Daniel Epron, Oliver Brendel
Fascicule de thèses du département Ecologie des Forêts, Prairies et milieux Aquatiques
Février 2007
118
Structuration génétique des populations françaises de
saumon atlantique, fonctionnement de la métapopulation de
la Baie du Mont-St-Michel et implications pour la gestion.
- Charles Perrier [email protected]
UMR INRA Agrocampus Ecologie et Santé des Ecosystèmes, Rennes
Dates de début de thèse : 01/10/2007
Le saumon Atlantique sauvage revêt une grande importance socioéconomique et est un très bon
indicateur de la qualité des hydrosystèmes. L'espèce connaît depuis de nombreuses années un déclin
continu. Un grand nombre d’actions ont été mises en place pour conserver ou restaurer les populations
de saumons : restaurations des habitats et de la libre circulation, limitation de l’exploitation, soutien
des stocks par réempoissonnement… Ces actions ont eu ou auront à terme d’importants impacts sur la
structuration génétique et le potentiel évolutif des populations de saumon.
La thèse de Charles Perrier se propose d’étudier le fonctionnement possible en métapopulation du
saumon. Ce travail est mené à une très fine échelle spatiale sur quatre fleuves de la baie du Mont-StMichel. De façon globale, il s’agira de répondre à deux questions : (1) Quantifier et comparer les
échanges entre les populations, (2) Analyser les conséquences de ces échanges pour l’exploitation par
la pêche et pour la gestion (habitat, réempoissonnement).
Sur le plan méthodologique, cette thèse s’appuiera sur le couplage de trois approches : i) La génétique
moléculaire avec l’utilisation de 17 marqueurs microsatellites sur l’ensemble des populations ii) La
microchimie des otolithes, sur les populations de la baie du Mont-St-Michel iii) La modélisation qui
permettra d’intégrer les connaissances, de généraliser les résultats et constituer un outil d’aide à la
décision pour la gestion.
Les premiers résultats obtenus (introgression des populations par les stocks utilisés pour les
réempoissonnements) montrent la nécessité d’élargir l’échelle spatiale de l’étude. Cette extension
géographique doit permettre d’explorer la structuration génétique des principales populations
françaises et ainsi de constituer une référence de cette structuration au niveau national en prenant en
compte les périodes et l’origine des réempoissonnements.
Mots clés : Génétique des populations, poissons migrateurs, microchimie, métapopulation,
introgression génétique
Directeur de thèse : Baglinière Jean-Luc
Co-directeur : Guyomard René
Fascicule de thèses du département Ecologie des Forêts, Prairies et milieux Aquatiques
Février 2007
119
Variabilité de facteurs écophysiologiques contrôlant la
régénération de populations naturelles de peuplier noir
(Populus nigra L.) en Loire moyenne dans le cadre des
modifications climatiques actuelles
- Sylvain Chamaillard [email protected]
UAGPF, Orléans.
Université d’Orléans, LBLGC
Ecole doctorale Sciences et Technique
Date de début de thèse : 01/10/2007
Le peuplier noir (Populus nigra L.), espèce pionnière des zones alluviales, est menacé par
l’anthropisation croissante des cours d’eau, non seulement dans son existence même mais aussi dans
sa diversité génétique. Depuis 1991, cette espèce fait l’objet d’un programme national de conservation
des ressources génétiques (Villar et al., 2004).
La régénération naturelle du peuplier noir débute par des dépôts de graines en bandes successives de
fin mai à mi juillet. Leur germination est immédiate et se traduit par une forte croissance racinaire de
façon à suivre l’abaissement de la nappe. Après quelques semaines, les jeunes semis sont de petite
taille (quelques cm) et leurs feuilles demeurent à proximité de la surface sableuse où les températures
estivales peuvent être très élevées.
Les modifications climatiques prévues pour ce siècle devraient se traduire par des étés plus secs et plus
chauds, comparables à ceux observés en 2003 et 2005. L’augmentation des températures estivales
pourrait alors devenir un facteur limitant de la régénération de l’espèce en exerçant une pression de
sélection sur les semis en cours d’installation. Le potentiel de survie des jeunes semis passerait par
leur aptitude à réguler efficacement la température de leurs feuilles de façon à maintenir l’appareil
photosynthétique en dessous de sa température critique (température à partir de laquelle le
photosystème II (PSII) est altéré irréversiblement). La régulation de la température foliaire s’effectue
par le biais de la transpiration qui permet d’éliminer via la vaporisation de l’eau l’excédent d’énergie
emmagasinée. L’aptitude des semis à maintenir une forte transpiration sous de fortes températures
passerait par leur capacité à maintenir leurs stomates ouverts sous de telles conditions. Nous
supposons donc que les semis les plus aptes à survivre sous de fortes températures seraient ceux
capables de maintenir une conductance stomatique élevée et donc ceux qui présenteraient la plus faible
efficience intrinsèque d’utilisation de l’eau (Wi rapport entre assimilation nette de CO2 (A) et
conductance stomatique à la vapeur d’eau (gs)). En résumé, les niveaux d’efficience d’utilisation de
l’eau et de thermotolérance des semis pourraient constituer des facteurs clés contrôlant la régénération
naturelle des populations de peuplier noir en bord de Loire.
Dans ce contexte, cette thèse aura pour objectif général d’évaluer l’expression de la variabilité
génétique et phénotypique des caractères efficience d’utilisation de l’eau et thermotolérance sur des
semis de peupliers noirs au cours de leur première année d’installation.
Cet objectif sera décliné en deux sous-objectifs :
Evaluer la variabilité génétique de l’efficience d’utilisation de l’eau au cours de la 1ère année
d’installation des semis sous une contrainte thermique
Evaluer la variabilité phénotypique de l’efficience d’utilisation de l’eau au cours de la 1ère année
d’installation des semis
Fascicule de thèses du département Ecologie des Forêts, Prairies et milieux Aquatiques
Février 2007
120
Mots clefs : efficience d’utilisation de l’eau, thermotolérance, variabilité génétique, régénération,
Populus nigra L.
Directeur de Thèse : Franck Brignolas, Université d’Orléans, Laboratoire de Biologie des Ligneux et
des Grandes Cultures (LBLGC), Orléans, France.
Fascicule de thèses du département Ecologie des Forêts, Prairies et milieux Aquatiques
Février 2007
121
Etude de la dispersion de la rouille du peuplier causée par
Melampsora larici-populina, dans la vallée de la Durance
- Constance Xhaard [email protected]
UMR 1136 IAM, Nancy
Université H. Poincaré, Nancy
Ecole doctorale RP2E, Nancy
Date de début de thèse : 01/10/2007
Les flux de gènes entre les populations d’agents pathogènes provenant de compartiments de plantes
hôtes cultivées et sauvages, peuvent revêtir une grande importance dans la gestion des résistances aux
maladies. En effet, les populations pathogènes hébergées dans le compartiment sauvage constituent un
réservoir de diversité génétique à partir duquel peuvent émerger des individus capables de contourner
les gènes de résistance déployés dans le compartiment cultivé. Inversement, l’introgression dans le
compartiment sauvage de facteurs de virulence préalablement sélectionnés dans le compartiment
cultivé peut constituer une menace pour les ressources génétiques de l'espèce sauvage.
L'agent de la rouille du peuplier Melampsora larici-populina constitue la principale contrainte
phytosanitaire de la populiculture, il est aussi pathogène sur l'hôte sauvage Populus nigra. Pour étudier
les échanges génétiques entre les populations de M. larici-populina des compartiments cultivé et
sauvage, nous nous sommes intéressés à un système naturel : la vallée de la Durance. Dans cette vallée
encaissée, il existe une ripisylve naturelle à P. nigra avec une zone de sympatrie entre peuplier et
mélèze (hôte alternant de M. larici-populina), qui cantonne sa reproduction sexuée en amont. Ainsi,
chaque année une épidémie de rouille se propage d’amont en aval, le long de la ripisylve. Une
épidémie comparable se développe sur quelques plantations identifiées dans cette vallée.
Afin d'appréhender les flux de gènes entre populations de M. larici-populina des peupleraies sauvages
et cultivées, nous avons échantillonné au cours de l’été 2004 des populations de M. larici-populina
dans les deux compartiments, sur un transect de 200 km. Les isolats ont été analysés à l'aide de deux
types de marqueurs (microsatellites et virulence). Des tests d’assignations regroupent les individus en
deux entités génétiquement différentes, confirmant l'existence de deux épidémies de rouille
simultanées dans la Durance. Néanmoins ces deux entités correspondent plus au profil de virulence
des individus qu’à leur compartiment d’origine (cultivé vs sauvage), ce qui prouve l'existence de
migrations. Les perspectives de cette étude concernent la modélisation de l’épidémie et l'inférence des
paramètres de dispersion de M. larici-populina à partir de données épidémiologiques et de génétique
des populations.
Mots-clés : Cultivé/Sauvage, Dispersion, Génétique de l'épidémie, Rouille du peuplier.
Directeur de thèse : Benoît Marçais (CR1 INRA, Nancy)
Co-directeurs: Pascal Frey (CR1 INRA, Nancy), Fabien Halkett (CR1 INRA, Nancy)
Fascicule de thèses du département Ecologie des Forêts, Prairies et milieux Aquatiques
Février 2007
122
Développement et validation d’un biomarqueur de
génotoxicité chez le gammare Gammarus pulex.
- Emilie Lacaze [email protected]
Laboratoire des Sciences de l’Environnement INRA-ENTPE, Nancy
Ecole Nationale des Travaux Publics de l’Etat, Vaulx en Velin
Ecole doctorale : RP2E
Date de début de thèse : 01/11/2007
Compte tenu de la pérennisation possible du message toxique suite à l’exposition à des polluants
majeurs de l’environnement, les biomarqueurs de génotoxicité apportent des réponses originales au
questionnement central du changement d’échelle individu-population.
Le constat actuel est la faiblesse des outils d’évaluation génotoxique chez les invertébrés aquatiques,
alors qu’ils jouent un rôle essentiel dans le fonctionnement de l’écosystème.
Cette thèse a pour objectif d’apporter une méthodologie d’évaluation génotoxique chez le crustacé
modèle Gammarus pulex dans l’étude de l’impact de contaminants d’origine anthropique, en
développant des mesures d’effet au niveau de l’individu et de sa descendance (fonction de
reproduction). Elle repose sur une double approche laboratoire-terrain. L’hypothèse est de relier le
niveau d’intégrité de l’ADN des gamètes mâles et/ou femelle du gammare avec un dysfonctionnement
de la reproduction (fécondité, survie et développement embryonnaires).
Phase 1 : développement et validation de l’essai des comètes sur cellules de l’hémolymphe
(biomarqueur d’exposition) et sur gamètes de Gammarus pulex après exposition à un génotoxique
modèle (MMS) ex vivo et in vivo.
Phase 2 : application de l’essai in situ (exposition d’individus encagés, selon différents scénarii de
contamination)
Phase3 : étude du couplage génotoxicité-fonction de reproduction en conditions réalistes d’exposition
Pour les trois types cellulaires (expositions ex vivo et in vivo), la répétabilité de la mesure est bonne et
la relation dose-effet significative. Les différences de réponse enregistrées suivant le type cellulaire
peuvent s’expliquer par des capacités de réparation et de métabolisation différentes.
Les expériences de la phase 1 valident les techniques de prélèvement des cellules ainsi que l’essai des
comètes sur ces types cellulaires. Cette approche est en cours d’application in situ (phase 2) sur canaux
artificiels exposés à des cocktails de pesticides (INRA Thonon) et dans une étude d’évaluation de
l’impact de rejets de stations d’épuration sur des rivières du bassin du Rhône.
Mots clé : polluant, génotoxicité, gammare, reproduction
Directeur de thèse : Alain Devaux, INRA EFPA-ENTPE
Co-directeur de thèse : Olivier Geffard, Cemagref Lyon
Fascicule de thèses du département Ecologie des Forêts, Prairies et milieux Aquatiques
Février 2007
123
Evolution de la diversité génétique et des structures
d’apparentement au cours des premiers stades d’une
régénération naturelle de chênes pédonculés :
effet des pression parasitaires
- Séverine Mary [email protected]
BioGéCo, Centre INRA
Ecole Doctorale Bordeaux 1
Date de début de thèse : 01/11/2007
La forte mortalité observée lors des premiers stades de vie d’une régénération naturelle de chênes
souligne que le succès d'installation ou de renouvellement d'un peuplement dépend fortement des
événements survenant durant cette période.
Les informations sur la mortalité de ces premiers stades sont limitées, notamment dans le contexte
particulier des Landes de Gascogne caractérisé par un sol sableux drainant, pauvre en nutriments, et
des populations de chênes fragmentées.
Une des hypothèses associée à cette mortalité serait liée à la disparition massive et préférentielle des
individus les plus homozygotes (liée à la dépression de consanguinité ; Charlesworth et Charlesworth
1987) et/ou ayant faiblement dispersé (hypothèse dérivée de Janzen-Connell (Janzen 1970, Connell
1971) et appliquée ici à un niveau intra-spécifique). L'hypothèse de Janzen-Connell pourrait rendre
compte notamment de la faible structure spatiale génétique observée dans les peuplements, un résultat
opposé à la structure a priori obtenue par une dissémination majoritairement barochore des glands à
proximité de leur arbre mère. Le mécanisme sélectif du type Janzen-Connell serait lié à une
élimination des génotypes apparentés aux arbres maternels les plus proches. Les pathogènes notamment foliaires comme l'oïdium - adaptés plus spécifiquement aux génotypes des arbres mères,
pourraient être un des facteurs contribuant à cette contre-sélection des semis ayant faiblement dispersé.
Mots clé : Quercus robur, oïdium, régénération naturelle, dépression de consanguinité, hypothèse de
Janzen-Connell
Directeur de thèse : Sophie Gerber
Co-directeur : Cyril Dutech
Fascicule de thèses du département Ecologie des Forêts, Prairies et milieux Aquatiques
Février 2007
124
Impact du changement climatique sur les forêts de
montagne : Adaptation, migration ou extinction des espèces.
- Caroline Bresson [email protected]
UMR 1202 BIOGECO, Talence
Université Bordeaux 1, Talence
Ecole Doctorale Sciences et environnements(ED 304)
Date de début de thèse : 01/11/2007
Le changement climatique rapide auquel nous assistons actuellement est déjà en train de modifier le
cycle de vie d’un grand nombre d’organismes. Quelques études ont modélisé la future répartition des
espèces à l’échelle locale ou régionale et ont prédit des extinctions alarmantes pour le prochain siècle.
Toutefois, ces études prédisent de nouvelles aires potentielles de répartition des espèces basées sur des
changements spatiaux instantanés, et ainsi ne tiennent pas compte, d’une part de l’adaptation rapide
des espèces (plasticité phénotypique et diversité génétique non neutre), et d’autre part des interactions
interspécifiques ou de la dynamique des populations.
Nous travaillons dans les Pyrénées françaises sur deux espèces à fort intérêt sylvicole (chêne sessile et
hêtre commun) sur un gradient de 1500 m de dénivelé et de 8°C d’amplitude thermique en moyenne.
D’autre part, le hêtre est plus sensible et vulnérable à l’extinction car il se trouve dans ce cas en limite
Sud d’aire de répartition.
Ce sujet de thèse propose donc d’étudier in situ la réponse d’espèces forestières au changement
climatique, en terme de régénération, compétition interspécifique avec une espèce co-occurrente, le
Chêne sessile et en terme d’adaptation rapide (diversité génétique et plasticité). Ainsi nous pourrons
apporter de nouvelles clés permettant de conclure sur les réels impacts du changement climatique sur
sa répartition.
Pour cela, nous étudierons 5 populations réparties tous les 400 m le long d’un gradient de 1500 m de
dénivelé. Une dizaine de traits fonctionnels foliaires de type morphologiques et physiologiques seront
étudiés sur 10 individus par population. Afin de mettre en évidence des variations génétiques, nous
utiliserons un test de provenance réalisé en 2005 à partir de graines récoltées dans les populations
pyrénéennes. De plus, une série de cinq expérimentations de transplantation réciproques, installées en
2006 sur ce même gradient, nous permettrons d’étudier la plasticité phénotypique de ces deux espèces
Mots clés : Fagus sylvatica, Quercus petraea, gradient altitudinal, adaptation, plasticité.
Directeur de thèse : Antoine Kremer (DR1, INRA-UB1) ; Sylvain Delzon (MCU, UB1-INRA) UMR
BIOGECO.
Fascicule de thèses du département Ecologie des Forêts, Prairies et milieux Aquatiques
Février 2007
125
Spatialisation à large échelle des facteurs contrôlant la
distribution et la croissance des espèces végétales
forestières.
- Christian Piedallu [email protected]
UMR 1092 LERFOB, Nancy
AgroParisTech Engref
Ecole doctorale : RP2E
Date de début de thèse : 15/11/2007
La mise en relation des espèces avec les facteurs environnementaux est un sujet central en écologie.
Pour cela, la disponibilité de descripteurs environnementaux pertinents et précis est essentielle.
Certaines variables difficiles à mesurer ou très coûteuses sont difficiles à relever sur le terrain. C’est le
cas des variables liées au calcul du bilan hydrique, facteur écologique ayant un effet physiologique sur
les plantes qui caractérise la quantité d’eau disponible à un moment donné. Les fluctuations de bilan
hydrique peuvent conduire dans des périodes de sécheresse à des situations de stress pouvant aller
jusqu’à une mortalité des essences.
L’objectif est d’utiliser les Systèmes d’informations Géographiques pour réaliser des cartes
numériques de bilans hydrique à l’échelle du territoire Français. Le rayonnement solaire est dans un
premier temps modélisé à l’aide d’un Modèle Numérique de Terrain et comparé avec les méthodes
d’estimation les plus couramment employées. La réserve maximale utile en eau des sols est calculée
dans un deuxième temps, à l’aide des relevés écologiques de la base de l’IFN ; et différentes méthodes
d’interpolation intégrant ou non des covariables géologiques et topographiques sont comparées. Enfin,
les températures et les précipitations sont modélisées dans l’espace pour une période d’environ 50 ans,
elles seront combinées au rayonnement solaire et à la RUM afin d’élaborer un calcul mensuel de bilan
hydrique. Nous chercherons ensuite si différents indices issus du bilan hydrique permettent
d’expliquer les dépérissements forestiers constatés en France à l’aide des réseaux du DSF et/ou de
l’IFN.
Les premiers résultats montrent qu’un indice de rayonnement solaire intégrant la nébulosité permet
une bonne prédiction à l’échelle de la France (R² = 0.78 avec des postes Météo France pour les
moyennes annuelles), et permet mieux de prédire la distribution de la végétation que les variables
dérivées de la topographie ou un indice de rayonnement sous ciel clair. Les données de sol assez
simple relevées par l’IFN permettent, couplées à des fonctions de pédotransfert, d’estimer la RUM à
l’échelle de la France, et de prédire une part de la fertilité de l’épicéa, du hêtre et du chêne sessile.
Mots clé : SIG, indices écologiques, bilans hydriques, potentialités forestières, modélisation.
Directeur de thèse : Gégout Jean-Claude, Equipe écologie Forestière, LERFOB, AgroParisTechEngref.
Fascicule de thèses du département Ecologie des Forêts, Prairies et milieux Aquatiques
Février 2007
126
Function and Regulation of Glutathione-S-transferases
(GSTs) from Phanerochete chrysosporium
- Andrew A. Ngadin [email protected]
Unité Mixte de Recherche INRA-UHP 1136
Interactions Arbre Micro-organismes, IFR 110 GEEF
Faculté des Sciences et Techniques
Université Henri Poincaré-Nancy I
BP 239, 54506 Vandoeuve-lés-Nancy Cedex
France
Date de début de thèse : 12/12/2007
My current work focuses on the biodegradative abilities of the white rot fungus called Phanerochaete
chrysosporium. This fungus is able to metabolize large amounts of lignin in wood and it is very unique
among microorganisms. Moreover, the oxidative enzyme systems of P. chrysosporium not only
degrade lignin but also transform an impressive array of xenobiotics. These properties are crucial for a
variety of applications including bioremediation of contaminated soil and water. An area of particular
interest is the study of the lignin and xenobiotics degrading enzyme systems and their roles in the
metabolism and the physiology of P. chrysosporium.
My project aims to study the glutathione S transferase family, which regroups enzymes which are
potentially important for both ecological and industrial purpose. By conjugating glutathione to various
aromatic compounds, these enzymes are able to detoxify them. My second objective is to identify new
extracellular enzymes catalyzing the nucleophilic attack of lignin-related or xenobiotic compounds.
For this purpose, an evaluation of P. chrysosporium detoxifying activities will be carried out for HAP
containing soils, arsenate pollution and other stress conditions. Techniques such as gene and protein
expression measurements, recombinant protein production and enzymatic activities, cellular
localizations and protein-protein interaction analysis will be useful for this project.
A phylogenetic analysis of P. chrysosporium GSTs showed that, in addition to the already known GST
families, this fungus exhibits sequences, which belong to new groups. In particular, an Omega-related
family was distinguished and seems to diverge from the classic Omega one. Another family called
Ure2p is largely expanded in P. chrysosporium. I have focused my work on two proteins belonging to
these groups, by the characterization of the recombinant proteins and some mutants to better
understand how the fungus is able to bypass oxidative stress.
Mots clefs: Phanerochaete chrysosporium, recombinant proteins, glutathione-s-transferases,
physiology
Directeur de thèse: Eric Gelhaye, UMR INRA-UHP 1136, Nancy, France.
Codirecteur de thèse: Mélanie Morel, UMR INRA-UHP 1136, Nancy, France
Fascicule de thèses du département Ecologie des Forêts, Prairies et milieux Aquatiques
Février 2007
127
Année de début de thèse : 2008
Fascicule de thèses du département Ecologie des Forêts, Prairies et milieux Aquatiques
Février 2007
128
Plasticité phénotypique et moléculaire de deux clones
d’eucalyptus sous contrainte hydrique au champ.
- Emilie Villar [email protected]
UMR 1202 Biogeco, Pierroton
CIRAD UR 39 Génétique Forestière
ED Sciences de l’Environnement Bordeaux I
Date de début de thèse : 14/01/2008
Dans le contexte des changements climatiques, la capacité d’adaptation des plantations pérennes à la
contrainte hydrique devient une composante majeure de leur productivité. Elle dépend de la diversité
génétique des populations et de leur plasticité phénotypique. Dans le cadre d’un projet d’ATP en
cours, nous décrirons les mécanismes d’adaptation, sous contrainte hydrique, chez l’eucalyptus grâce à
l’analyse combinée de l’expression du génome, de l’anatomie cellulaire, des caractères architecturaux
et physiologiques. Le travail de thèse proposé sera focalisé sur l’analyse de la plasticité moléculaire de
deux clones d’eucalyptus. L’analyse combinée de l’approche moléculaire aux approches
phénotypiques menées dans le cadre du projet d’ATP permettra d’identifier les dynamiques
temporelles de déterminants moléculaires, morphologiques et écophysiologiques de l’adaptation,
d’analyser leurs corrélations, de révéler s’ils présentent de l’interaction GxE. Des critères adaptatifs
pertinents (gènes, caractères) sont nécessaires à la gestion et l’amélioration des ressources génétiques
pérennes comme l’eucalyptus.
Mots-clés : Génomique fonctionnelle, plasticité phénotypique, contrainte hydrique, eucalyptus
Directeur de thèse : Plomion Christophe, INRA UMR1202
Co-directeur : Gion Jean -Marc, CIRAD UPR 39 Génétique forestière
Fascicule de thèses du département Ecologie des Forêts, Prairies et milieux Aquatiques
Février 2007
129
Etude des systèmes oxydo-réducteurs du Peuplier
- Benjamin Selles [email protected]
UMR1136 Interactions arbres microorganismes, Nancy
Université H. Poincaré, Nancy 1
Ressource Procédés Produits Environnement
Date de début de thèse : 01/03/2008
Les plantes de par leur incapacité à se soustraire aux contraintes biotiques ou abiotiques de leur
environnement ont développé un grand nombre de mécanismes de défense. Les thèmes de recherche
principaux du laboratoire dans lequel j’effectue ma thèse sont les différents systèmes antioxydants
redox-dépendants impliqués dans les mécanismes de défense du Peuplier vis-à-vis des contraintes
environnementales.
Durant mon travail de thèse, je vais plus particulièrement m’intéresser à une glutathion peroxydase de
Peuplier (GPX5). Cette peroxydase thiol-dépendante, dégrade les peroxides en utilisant les
thiorédoxines et non le glutathion, pour leur régénération. La structure tridimensionnelle de PtGPX5 à
permis d’émettre des hypothèses sur l’implication de certains acides aminés dans le fonctionnement de
cette enzyme. Un premier travail sera de produire en système hétérologue des protéines mutantes de la
GPX5 et d’évaluer l’impact des mutations sur l’activité, la dimérisation ou la spécificité de substrat de
l’enzyme.
Lors de ma thèse je vais également m’intéresser aux processus de formation et d’isomérisation des
ponts disulfures, en effet ils peuvent jouer différent rôles :
pour la structure tertiaire des protéines en formant des liaisons intra-moléculaires
pour la structure quaternaire en formant des liaisons inter-moléculaires
pour l’activité des protéines grâce aux propriétés oxydo-réductrices des ponts disulfures.
Pour cela je vais m’intéresser aux sulfhydryle oxydases (SOX), protéines responsables de la formation
de ponts disulfures sur des protéines cibles. Ces protéines sont résidentes de l’espace inter
membranaire des mitochondries, ou du réticulum endoplasmique. Je vais également étudier les
protéines disulfide isomérases (PDI), protéines impliquées dans la maturation des protéines dans le
réticulum endoplasmique grâce à leur activité d’isomérisation de ponts disulfures.
Les deux thèmes principaux de mon travail feront l’objet d’une analyse fonctionnelle et suivront le
schéma expérimentale suivant ; in planta, étude des niveaux de transcrit de nos gènes d’intérêt et
quantification du niveau de protéines. D’un point de vue biochimique et structural, je procéderai à la
production et la purification de nos protéines d’intérêts sous forme de protéines recombinantes par le
biais d’expression hétérologue chez E. coli. La mesure de l’activité de ces protéines sera évaluée en
fonction de différents substrats.
Les processus de formation et d’isomérisation des ponts disulfures étant relativement peu connus, en
particulier chez les plantes, la caractérisation fonctionnelle de nos familles SOX et PDI apportera des
informations importantes quand à leur rôle et leur mode d’action chez Populus trichocarpa.
Directeur de thèse : Jacquot Jean Pierre, Professeur Université H. Poincaré Nancy 1
Co-directeur: Rouhier Nicolas, Maitre de conférences Université H. Poincaré Nancy 1
Fascicule de thèses du département Ecologie des Forêts, Prairies et milieux Aquatiques
Février 2007
130
Etude de la résilience à la sécheresse chez le hêtre (Fagus
sylvatica) : Plasticité phénotypique et variabilité génétique
de la vulnérabilité à la cavitation.
- Remi Wortemann [email protected]
Equipe Hydro –UMR PIAF
Ecole Doctorale des Sciences de la Vie et de la Santé de Clermont-Ferrant
Date de début de thèse : 01/10/2008
Les modèles climatiques prédisent une augmentation des sécheresses comme celles de 1976 et 2003
pour les décennies à venir. Il importe donc de pouvoir sélectionner dès à présent les génotypes
d’arbres les plus résilients à la sécheresse. La vulnérabilité à la cavitation apparaît alors comme un
paramètre pertinent pour évaluer la résilience à la sécheresse des arbres. Ainsi, les espèces xérophiles
sont plus résistantes à la cavitation que les espèces hygrophiles. Récemment, nous avons mis au point
une technique de centrifugation (Cochard et al., 2005) permettant d’analyser des centaines de génotype
et d’appréhender ainsi la variabilité génétique de la vulnérabilité à la cavitation et son déterminisme.
L’objectif de la thèse est d’analyser la variabilité génétique et la plasticité phénotypique de la
vulnérabilité à la cavitation à l’échelle intra-spécifique, et d’évaluer le caractère adaptatif de ce
paramètre pour la résilience à la sécheresse. La vulnérabilité à la cavitation varie chez le hêtre selon
les conditions environnementales, et cette espèce présente une large amplitude écologique et une aire
de répartition étendue à une grande partie de l’Europe, laissant raisonnablement attendre une
variabilité génétique importante pour la vulnérabilité à la cavitation.
Dans un premier volet, la variabilité génétique de la vulnérabilité à la cavitation sera explorée chez des
provenances de hêtres en plantations ex-situ. Une centaine d’individus sera analysé par provenance, et
les provenances analysées seront choisies parmi celles montrant le plus de différences pour la
vulnérabilité à la cavitation après un premier criblage. Trois plantations comparatives dans des
environnements contrastées au niveau hydrique permettront d’évaluer la part de la variabilité
génétique et de la plasticité phénotypique de la vulnérabilité à la cavitation, et le lien avec la résilience
à la sécheresse. Dans un deuxième temps, la nature de la variabilité génétique sera abordée par des
études d’associations entre la vulnérabilité à la cavitation et la variation nucléotidique au sein de gènes
candidats. Le mécanisme de cavitation se situe au niveau de la paroi primaire des ponctuations entre
vaisseaux du xylème. Des études physiologiques sont en cours pour sélectionner les gènes candidats
parmi ceux intervenant dans la structure de ces ponctuations. Il s’agira de détecter des SNP (single
nucleotide polymorphism) après avoir séquencé les gènes candidats sur un sous-échantillonage de 50
arbres. Le génotypage des SNP sélectionnés sera ensuite réalisée sur l’ensemble des individus des
provenances les plus contrastées pour la vulnérabilité à la cavitation, soit 100 individus par
provenance. Une association entre les SNP et le caractère phénotypique.
Dans un deuxième volet, la vulnérabilité à la cavitation sera analysés in situ sur plusieurs espèces de
forêts mélangées afin d’évaluer l’hypothèse d’une convergence pour ce paramètre. Des stations
contrastées au niveau hydrique seront choisies. L’état hydrique sera aussi analysé plus en détail par
des mesures du taux de vaisseaux embolisés, de la distribution des résistances hydrauliques et des
potentiels hydriques.
Mots clés : Sécheresse, Cavitation, Plasticité phénotypique, Résilience, Hêtre, Variabilité génétique.
Fascicule de thèses du département Ecologie des Forêts, Prairies et milieux Aquatiques
Février 2007
131
Directeur de thèse : Hervé COCHARD
Co-encadrant : Patricia DREVET
Fascicule de thèses du département Ecologie des Forêts, Prairies et milieux Aquatiques
Février 2007
132
Architecture génétique de l’architecture hydraulique des
arbres : recherche de QTLs et de gènes associés à la
vulnérabilité à la cavitation du Pin maritime
- Jean-Baptiste Lamy [email protected]
Equipe Hydro –UMR PIAF
Ecole doctorale Sciences et Environnement SVGSE
Date de début de thèse : 01/10/2008
Résumé : Les sécheresses d’ampleurs exceptionnelles, comme celles de 1976 ou 2003, ont induits des
dépérissements forestiers et des pertes financières substantielles en Europe et les modèles de
circulation globale s’accordent à prédire une augmentation de ces accidents climatiques pour les
décennies à venir. L’impact d’une sécheresse ne doit donc plus seulement se raisonner en termes de
perte de croissance mais également en termes de survie ou de résilience des espèces à cette contrainte.
Identifier des génotypes d’arbres plus résilients à des sécheresses extrêmes est un enjeu majeur pour la
sylviculture. Les bases physiologiques et génétiques de la résistance arbres à des contraintes hydriques
beaucoup intenses restent très largement inexplorées. La capacité de maintenir un système conducteur
de sève brute fonctionnel (et donc des tissus irrigués) pendant une sécheresse semble être une
caractéristique importante des espèces résilientes à la sécheresse. De nombreux travaux ont en effet
démontré la pertinence de la résistance à la cavitation dans la caractérisation de la résistance à la
sécheresse des espèces ligneuses, les espèces adaptées aux conditions xériques étant moins sensibles à
la cavitation. Cependant, l’analyse de la variabilité de ce paramètre hydraulique à l’échelle intraspécifique reste très peu étudiée. Nous avons récemment démontré l’existence d’une variabilité
génétique importante de la résistance à la cavitation entre différentes provenances de Pin maritime
issues d’une plantation comparative, ce qui suggère que la résistance à la cavitation présente
également une variabilité intra-spécifique importante et que l’hypothèse du rôle adaptatif de ce trait
peut également être émis à l’échelle spécifique. Les bases physiologiques de la résistances à la
cavitation commencent à être connues : elles sont étroitement liées à la capacité des ponctuations des
conduits du xylème à empêcher l’aspiration de bulles d’air dans le système conducteur. La résistance
à la cavitation est donc une propriété intrinsèque, constitutive du xylème et déterminée par son
anatomie. Les bases génétiques de la résistance à la cavitation restent totalement inexplorées. La
caractérisation expérimentale de la vulnérabilité à la cavitation a longtemps été le frein principal pour
des études géniques qui nécessitent la caractérisation de nombreux individus (recherche de QTLs par
exemple). Ce verrou expérimental a récemment été levé par le développement de techniques de
centrifugation (‘Cavitron’ Cochard et al 2005) qui permettent maintenant d’analyser des centaines de
génotypes dans le cadre d’une thèse et d’appréhender ainsi le déterminisme génétique de la
vulnérabilité à la cavitation. Le principal objectif de ce travail de thèse sera de rechercher des QTLs et
des gènes candidats impliqués dans la résistance à la cavitation du Pin maritime. Dans un second
temps, il s’agira de tester la pertinence des gènes candidats en testant leur co-localisation avec les
QTLs. Par ailleurs, le doctorant aura à sa disposition tout un ensemble de données expérimentales
acquises par l’UMR Biogeco sur le même matériel végétal (croissance radiale, croissance en hauteur,
anatomie et densité du bois, C13, composition chimique du bois (approche NIRS). La coïncidence
des QTLs de ces traits avec les QTLs de cavitation permettra aussi d’étayer des hypothèses sur le
déterminisme génétique de la cavitation.
Mot clés : QTL, Cavitation, Pin maritime, Résistance à la sécheresse.
Fascicule de thèses du département Ecologie des Forêts, Prairies et milieux Aquatiques
Février 2007
133
Directeur de thèse : Hervé Cochard (UMR-PIAF),
Co-Encadrant : Christophe Plomion (UMR-Biogeco)
Fascicule de thèses du département Ecologie des Forêts, Prairies et milieux Aquatiques
Février 2007
134
Biologie intégrative du contrôle de la croissance racinaire
face au déficit hydrique chez le peuplier
- Rémy Merret [email protected]
UMR 1137, EEF, Centre INRA
Université H. Poincaré, Nancy 1
Ecole Doctorale RP2E
Début de thèse : 01/10/2008
Pour tolérer la sécheresse, la plante doit maintenir son statut hydrique, en limitant le potentiel de
transpiration et en maximisant son potentiel d’absorption de l’eau. Ainsi la capacité d’une plante à
maintenir sa croissance racinaire lors d’un déficit hydrique léger est une composante clé de
l’acclimatation à la sécheresse. La croissance de la racine est la résultante de deux processus, la
division et l’élongation cellulaire. Un des trois paramètres biophysiques contrôlant l’élongation
cellulaire est la conductivité hydraulique membranaire : elle module le flux d’eau indispensable à
l’expansion de la cellule. Bien que les bases biophysiques du transport de l’eau à travers les
membranes aient été énoncées très tôt, la découverte en 1992 de structures protéiques formant des
canaux à eaux, les « aquaporines », a lancé de nouvelles perspectives dans la compréhension de la
régulation des flux d’eau. Ces protéines jouent un rôle indiscutable dans le transport de l’eau et dans la
gestion de l’équilibre du statut hydrique dans toute cellule vivante.
L’objectif de cette thèse est d’étudier en couplant une approche écophysiologique et une approche
moléculaire l’implication des aquaporines dans le maintien de la croissance racinaire et de déterminer
leur implication au sein de la zone de croissance de la racine. En effet cette zone est très particulière :
la vitesse de croissance relative (RER) dépend de sa position dans la zone de croissance et la
sensibilité du RER au déficit hydrique dépend elle aussi de cette position. Il est donc nécessaire
d’adopter une stratégie de résolution spatiale fine afin de comprendre la complexité du contrôle de
l’élongation cellulaire dans la zone de croissance. Pour la partie moléculaire de cette étude, le projet de
thèse est basé sur une approche « gènes candidats ». Cette approche se fera notamment par la
technique de PCR quantitative sur des apex de racines avec une résolution spatiale fine.
Mots clé : Croissance, Racine, Déficit hydrique, gènes candidats
Directeur de thèse :
Co-encadrantes :
Erwin Dreyer DR1 INRA
Marie-Béatrice Bogeat-Triboulot CR1 INRA
Irène Hummel CR2 INRA
Fascicule de thèses du département Ecologie des Forêts, Prairies et milieux Aquatiques
Février 2007
135
CT4
Méthodes pour la gestion des ressources et des milieux
naturels
Largement connectées aux CTs précédents, les recherches s’inscrivent dans une
perspective d’ingénierie écologique et d’aide à la décision. Elles visent à proposer des
outils et indicateurs permettant de qualifier et quantifier des modes de mise en valeur
et de conservation des ressources et milieux naturels (itinéraires techniques, plans
d’aménagement, prévention de risques, etc.) et de les gérer de façon durable. Elles
concernent (i) la modélisation de l’évolution des ressources naturelles en fonction des
pratiques de gestion, (ii) le diagnostic de l’état des milieux et l’évaluation de divers
services et fonctions des écosystèmes, (iii) la prise en compte des diverses sources
d’incertitude associées à leur gestion, notamment celles liées à la stochasticité des
processus écologiques et à l’existence de diverses formes de risques (incendies,
événements météorologiques, pollutions, etc.). L’élargissement des échelles d’étude —
de la parcelle au paysage, ou du tronçon de cours d’eau au réseau hydrographique —
constitue un enjeu majeur de ce champ thématique. Les phénomènes étudiés
concernent le produit d’interactions entre (i) des processus biophysiques (propagation
des incendies, transferts dans les bassins versants, dynamique des populations et des
communautés, biodiversité, développement et biomécanique des arbres, aléas
climatiques), (ii) des actes techniques liés à la gestion locale des ressources et des
milieux (prévention des incendies, techniques sylvicoles, pâturage, techniques de lutte,
repeuplement, de protection, etc.) et/ou des actions liées à l’organisation du paysage
(aménagements forestiers et hydrauliques, fragmentation des écosystèmes, etc.).
Fascicule de thèses du département Ecologie des Forêts, Prairies et milieux Aquatiques
Février 2007
136
Année de début de thèse : 2005
Fascicule de thèses du département Ecologie des Forêts, Prairies et milieux Aquatiques
Février 2007
137
Précision des métriques piscicoles et représentativité des
méthodes d’échantillonnage pour la caractérisation des
peuplements selon la Directive Cadre Européenne sur l’eau.
- Charlotte Deceliere-Vergès [email protected]
INRA UMR-CARRTEL, Thonon-les-Bains
Université de Savoie
Date de début de thèse : 01/04/2005
La Directive Cadre Européenne sur l’Eau (DCE) fixe l’objectif d’atteindre le bon état écologique des
masses d’eau avant 2015. Elle prévoit une phase de diagnostic qui devra rendre compte en particulier
des éléments de qualité biologiques incluant l’ichtyofaune pour laquelle elle identifie la composition et
les abondances spécifiques, la structure en âge et la présence d’espèces sensibles aux perturbations.
Dans ce contexte, la description représentative des peuplements est importante.
Au cours des dernières années, les scandinaves ont développé puis standardisé une méthode
d'échantillonnage pour évaluer l’ichtyofaune des habitats benthiques et pélagiques (Appelberg 2000).
Parallèlement, l’hydroacoustique est une méthode efficace pour échantillonner les populations
pélagiques et estimer leurs densités totales (Mehner et Schultz, 2002). L'utilisation combinée de ces
deux méthodes pourraient fournir une image représentative des stocks de poissons (CEN 2006).
Les questions soulevées sont :
Le Standard scandinave fournit-il une image précise des peuplements de poissons dans les plans d’eau
d’Europe méridionale ?
Comment ce Standard tient-il compte des populations pélagiques dont la mauvaise évaluation peut être
préjudiciable pour la définition de la qualité du milieu ?
Dans quelle mesure l’hydroacoustique peut-elle apporter des informations complémentaires pour
caractériser le peuplement ?
Les résultats montrent que le protocole scandinave fournit des estimateurs d’abondance et de classe de
taille avec une bonne précision dans les plans d’eau français quelle que soit leur origine, naturelle ou
anthropique (Deceliere-Vergès et al., en préparation). Cependant elle sous-échantillonne certaines
espèces et classes d’âge vivant de manière permanente ou temporaire dans le milieu pélagique - telles
que les salmonidés ou les juvéniles de cyprinidés et de percidés – qui constituent de bons indicateurs
de la qualité des milieux (Deceliere-Vergès et Guillard, en révision). Leur évaluation qui peut influer
sur la définition de la qualité des milieux nécessite donc une approche adaptée telles que
l’hydroacoustique et les statistiques de pêche (Vergès et al., accepté). Cependant, avant d’être utilisée
en routine, l’hydroacoustique nécessite d’être testée et inter-calibrée dans des plans d’eau de nature
différente pour aboutir à un protocole standardisé (Guillard et Vergès, 2007 ; Godlewska et al.,
accepté).
Mots clés : Poisson, lacs, échantillonnage, DCE, bioindication.
Directeur de Thèse : D. Gerdeaux, INRA UMR-CARRTEL
Co-Directeurs de Thèse : J. Guillard, INRA UMR-CARRTEL et J.P. Mallet, ASCONIT Consultants
Références bibliographiques :
Deceliere-Vergès C. & Guillard J. Assessment of the pelagic fish communities by the joined use of
hydroacoustic and standard multi-mesh gillnets : consequences for the lake monitoring. En révision.
Fascicule de thèses du département Ecologie des Forêts, Prairies et milieux Aquatiques
Février 2007
138
Deceliere-Vergès C., Argillier C., Lanoiselée C., De Bortoli J. & Guillard J. The accuracy of the fish
metrics resulting from the CEN multi-mesh gillnets in the French lakes: comparison between the
natural and the artificial lakes. En préparation.
Godlewska M., Colon M., Doroszczyk L., Dlugoszewski B., Vergès C. & Guillard J. Hydro-acoustical
measurements at two frequencies: 70 and 120 kHz consequences on fish stock estimation. Accepté
pour publication dans Fisheries Research.
Guillard J. & Vergès C. (2007) The repeatability of biomass estimates and fish size distributions by
hydroacoustic surveys using different sampling strategies and statistical methods. International
Review of Hydrobiology 92 (6), 605-617.
Vergès C., Guillard J., Cachera S. & Gerdeaux D. Fish sampling population in large lakes: an example
in the lake Bourget. Accepté pour publication dans les cahiers d'Edytem.
Fascicule de thèses du département Ecologie des Forêts, Prairies et milieux Aquatiques
Février 2007
139
Développement d’un modèle biomécanique pour l’étude de la
verse du riz
- Jin Xiuhong [email protected]
UMR 931 AMAP, Montpellier
Chinese Agricultural University, Pékin, Chine
Date de début de thèse : 01/09/2005
La verse du riz peut causer des pertes considérables pouvant aller jusqu'à 50% de la récolte. Ces
pertes sont dues au pourrissement des grains qui entrent en contact avec le sol à la suite du
basculement des tiges, mais sont également aggravées par les difficultés rencontrées lors de la récolte
mécanique. Les hybrides récemment mis sur le marché chinois, en particulier le «super hybrid rice»,
sont particulièrement sensibles à ce phénomène.
Ce travail de thèse a pour but d’apporter des éléments objectifs issus de la mécanique des
biomatériaux et des structures afin de sélectionner des plantes plus résistantes à la verse. Le
comportement mécanique de 2 cultivars (Shanyou63 et Peiai64S/E32) est caractérisé par des essais de
flexion 3 points à différents niveaux dans la tige. La contribution des gaines à la rigidité à la flexion
totale est estimée par différence entre tiges gainées et non gainées. La géométrie est mesurée
(diamètres interne et externe, hauteur, position des nœuds).
Un modèle mécanique basé sur la méthode des éléments finis est développé sous le logiciel d’analyse
ABAQUS. Ce modèle intègre les données matérielles et de structure issues des mesures in-situ ainsi
que le chargement latéral dû au vent. Une analyse de sensibilité à ces paramètres devra permettre de
préciser les facteurs morphologiques et structurels les plus pertinents pour les problèmes de verse.
Mots clefs : flambement, résistance, vent, MEF, calcul des structures
Directeur de thèse : Prof.Yan GUO, Department of Soil and Water Sciences, College of Ressources
and Environment, Chinese Agricultural University, Pékin, Chine
Co-directeur : Thierry FOURCAUD, CIRAD, UMR AMAP, Montpellier
Fascicule de thèses du département Ecologie des Forêts, Prairies et milieux Aquatiques
Février 2007
140
Croissance des accrus de frêne à l’interface environnement/
sylviculture dans les Hautes-Pyrénées
- Ola Mdawar [email protected]
UMR: DYNAFOR, Toulouse
Université Toulouse III-Paul Sabatier
Ecole Doctorale : Sciences Ecologiques, Vétérinaires, Agronomiques et Bioingénieries
Date de début de thèse : 01/11/2005
- Contexte, discipline et état de l’art
Devant le pourcentage important du boisement spontané nommé « accrus » à cause de la déprise des
activités agricoles et pastorales, et son accélération récente, la Recherche est interrogée sur les causes,
les dynamiques et les conséquences écologiques et socio- économiques de ce phénomène.
Dans les zones humides des montagnes, les accrus sont le plus souvent dominés par l'espèce frêne, en
particulier dans les Hautes-Pyrénées.
L'Unité Mixte de Recherche « Dynamiques Forestières dans l'Espace Rural » (DYNAFOR) de l'INRA
de Toulouse travaille depuis 2001 sur le développement des accrus de frêne dans les Hautes-Pyrénées.
Sur cette zone, le frêne (Fraxinus excelsior) colonise des parcelles et constitue de véritables
peuplements monospécifiques et denses. Notre projet constitue la troisième thèse engagée sur ce
thème et concerne l'évaluation des potentialités de croissance des accrus de frêne en vue de leur
valorisation économique car ces peuplements peuvent avoir dans certains cas une valeur économique
importante.
- question posée
Quels sont les facteurs environnementaux majeurs qui influencent significativement la croissance des
accrus de frêne dans les Hautes-Pyrénées et selon quel(s) modèle(s) afin de proposer une gestion
sylvicole adaptée.
- Hypothèses
• Il est possible de détecter les zones des accrus de frêne (au stade perchis purs) avec les outils de
télédétection.
• Il existe une différence de réponse à l’intervention sylvicole selon : le type d’intervention
(éclaircie et détourage), l’âge des arbres et la fertilité estimée par la hauteur dominante du
peuplement à un âge donné.
• Il existe une relation entre la vitesse de croissance et le niveau de nutrition minérale (ou au moins
de la nutrition en un ou plusieurs éléments minéraux).
• Il existe une relation entre la vitesse de croissance et le climat d’une part et la croissance et la
topographie et le sol d’autre part.
- expérimentations et/ou modèles
• cartographie des zones de perchis purs de frêne : on a utilisé les images satellites puis les
photos aériennes pour chercher les grains de ces zones (photo-interprétation). Deux
validations des zones digitalisées ont été faites par des enquêtes postales et des visites de
terrain.
• Impact des interventions sylvicoles sur la croissance du frêne : on a travaillé sur 3 parcelles
dans le département des Hautes-Pyrénées (2 parcelles dans la vallée du Gave de Pau,
commune de Villelongue ; et une parcelle dans la vallée de l’Adour, commune de Beaudéan).
Dans chacune des parcelles retenues, trois surfaces de 400 m² ont été délimitées. La première
Fascicule de thèses du département Ecologie des Forêts, Prairies et milieux Aquatiques
Février 2007
141
-
a été éclaircie selon les normes en cours au Centre Régional de la Propriété Forestière (CRPF)
et les arbres d'avenir ont été désignés par un agent de cet organisme. Sur la deuxième a été
réalisée une autre modalité d'éclaircie plus expérimentale, et la troisième a été maintenue en
l'état pour servir de référence.
La totalité des arbres de chaque parcelle a été mesurée en diamètre, et certains en
hauteur,
avant l'éclaircie. On a refait ces mesures sur les arbres d’avenir après 2-3 ans de l’éclaircie.
Sur les arbres coupés, on a évalué la croissance passée en hauteur et en diamètre à partir de la
lecture des cernes réalisée sur les rondelles prélevées lors de l’abattage. On a procédé à des
analyses de tiges sur 3 arbres dominants de chacune des 3 parcelles.
• Impact des conditions stationnelles sur la croissance de frêne :
o pour les facteurs climatiques et topographiques : l’effet du climat sur la croissance du
frêne sur une parcelle a été étudié en faisant des analyses de cernes. Ces analyses
seront faites sur 2 autres parcelles.
o Pour les facteurs édaphiques :
 L’eau du sol : la réserve utile en eau a été calculée sur 6 parcelles.
 Le niveau de nutrition minérale : des analyses foliaires ont été réalisées pour
chercher les relations entre la richesse en ces éléments dans les feuilles et dans
le sol d’un part et les relations entre la richesse de ces éléments et la
croissance d’autre part. Pour cela, on a pris 6 parcelles qui appartiennent à 3
vallées (qui ont des conditions écologiques variées). On a prélevé des
échantillons de feuilles de 3 arbres dominants de chacune de ces parcelles en
2006 et on a répété cette opération en 2007. On a fait analyser les éléments
majeurs (N, P, K, Ca, Mg).
premiers résultats éventuels
• Le frêne n’a pas de signature spectrale spécifique permettant de le distinguer sur les images
satellites. En revanche, les perchis purs de frêne ont une texture repérable sur la photo
aérienne mais la vérification sur le terrain est indispensable.
• Expérimentations sylvicoles : avec les mesures qu’on a effectuées, on a trouvé qu’il y a 2
populations d’âges et de diamètres différents, mais tous les arbres se synchronisent en terme
de croissance en diamètre (largeurs des cernes) (phase d’installation, phase d’accélération de
croissance et phase de concurrence). De plus, on a trouvé que l’intervention faite selon les
normes du CRPF (détourage) semble avoir un effet plus important que la modalité « éclaircie
forte » qu’on a appliquée et que la parcelle la plus âgée a une réaction (croissance suite à
l’éclaircie) moins importante que celle des arbres des parcelles les plus jeunes.
• Conditions stationnelles :
Le climat : la température semble avoir un effet plus important que les précipitations.
La nutrition minérale : on est arrivé à classer les parcelles selon leur fertilité et à mettre en
évidence un effet azote sur la croissance.
Mots clé : Accrus, perchis, cartographie, éclaircie, conditions stationnelles
Directeur de thèse : Gérard Balent : DR UMR DYNAFOR, Ecole Doctorale SEVAB
Co-encadrement : Alain Cabanettes (CR1) ; André Gavaland (IR1)
Fascicule de thèses du département Ecologie des Forêts, Prairies et milieux Aquatiques
Février 2007
142
Dynamique de la régénération chez le pin sylvestre : impact
de la structure des peuplements et des flux de gènes à
longue distance sur la diversité génétique
- Pascal Aspe [email protected]
AGPF, Orléans
CGAF (ONF) / UAGPF (INRA)
EDST Orléans
Date de début de thèse : 01/12/2005
Désormais, en plus d’assurer ses fonctions économiques et sociales, la gestion forestière doit s’orienter
vers un rôle de conservation et de gestion de la diversité. Cependant, alors que de nombreuses études
existent sur les facteurs qui favorisent la croissance de peuplements mélangés et la coexistence des
espèces, bien peu posent la question en terme de dynamique de la diversité génétique. De ce fait,
même si l’impact des sylvicultures sur la diversité génétique est largement reconnu, nous manquons
encore cruellement d’indicateurs fiables pour une gestion durable des ressources génétiques.
La modélisation s’intéresse depuis longtemps à la dynamique démographique des peuplements, mais
les modèles ont longtemps sous estimé les variations du régime de reproduction et les flux de gènes en
ne s’intéressant bien souvent qu’à la dynamique intra-parcelle. Gérer et conserver les ressources
génétiques nécessite pourtant de prendre en compte non seulement les flux de gènes à longue distance
en travaillant à l’échelle du massif, mais aussi la densité et la structuration spatiale des semenciers.
Cette thèse vise donc à ajouter une nouvelle dimension spatiale et temporelle en s’intéressant aux
échanges à longue, moyenne et courte distance dans un environnement hétérogène.
Notre étude repose sur l’étude de la structuration génétique et le suivi démographique de parcelles de
pin sylvestre en cours de régénération naturelle. Ces informations sont mises en relation avec les
populations potentielles de semenciers présentant des niveaux d’organisation spatiale différents
(densité locale, structure du peuplement). Les arbres-mères, graines et semis sont génotypés à l’aide de
trois marqueurs microsatellites nucléaires et de six microsatellites chloroplastiques. Un
échantillonnage conséquent d'environ 400 arbres adultes (pères potentiels) avec un inventaire
exhaustif de certaines a permis de caractériser de manière originale chez un arbre forestier les flux de
pollen à longue distance et la structuration spatiale de la diversité
Mots clé:Pin sylvestre, diversité génétique, flux de gène, dynamique forestière
Directeur de thèse : Catherine Bastien INRA UAGPF
Co-directeur : Brigitte Musch ONF CGAF
Fascicule de thèses du département Ecologie des Forêts, Prairies et milieux Aquatiques
Février 2007
143
Année de début de thèse : 2006
Fascicule de thèses du département Ecologie des Forêts, Prairies et milieux Aquatiques
Février 2007
144
La modélisation de l’anisotropie directionnelle des mesures
dans l’infrarouge thermique
- Britta Kurz [email protected]
UMR EPHYSE, Bordeaux
Ecole doctorale : SDU2E
Date de début de thèse : 01/01/2006
L’étude de la modélisation de l’anisotropie directionnelle dans l’infrarouge thermique (différence entre
les mesures de température de surface en visée oblique et nadir) est motivée par les applications en
télédétection et à l’estimation des flux de surface. Les travaux sont menés en parallèle sur des couverts
forestiers (pin maritime) et sur milieux urbains. La démarche de modélisation repose sur l’utilisation
de maquettes informatiques 3D de canopée pour identifier les parts respectives des classes de surface
en présence (houppier, tronc et sol pour la forêt - toit, façade et sol pour la ville) dans les diverses
configurations de visée et la combinaison avec des modèles de transfert fournissant les températures
directionnelles pour chaque classe. L’approche est validée par comparaison de l’anisotropie ainsi
simulée avec des résultats expérimentaux issus de mesures aéroportées.
Pour les milieux forestiers, le travail s’appuie sur le site du Bray (Landes). Une maquette 3D de pin
maritime puis de peuplement a été créée en simplifiant la structure de l’arbre à 1 tronc et aux branches
principales et en concentrant tous les niveaux supérieurs (rameaux et aiguilles) dans des formes
cylindriques opaques. La dimension de ces cylindres a été déterminée par calage par rapport à des
mesures de fractions de trouées directionnelles. Les températures des éléments de la canopée et du
sous-bois sont simulées par le modèle MuSICA (Ogée, 2003). La validation est faite sur une date (4
septembre 1996) à trois moments dans la journée (configurations solaires très différente).
L’introduction d’une fonction paramétrique (Roujean, 2000) s’est révélée nécessaire pour prendre en
compte la contribution des effets directionnels au sein des cylindres. La modélisation proposée permet
de restituer correctement l’effet de ‘hot spot’ dans le plan principal solaire, avec une erreur inférieure à
0.5°C.
En ce qui concerne les milieux urbains étudiés sur Toulouse (projet CAPITOUL), la construction de la
maquette 3D a été faite à partir de la base de données de la ville fournie par la Mairie. La combinaison
avec le modèle TEB de Météo France (Masson, 2000) permet de simuler correctement l’anisotropie
relativement faible (∼2C°) en conditions nocturnes (validation sur 3 dates en conditions automnales et
hivernales). En conditions diurnes l’anisotropie est très importante (jusqu’à 14°C d’amplitude) et
présente des effets azimutaux très marqués. La combinaison de la maquette avec des simulations d’un
schéma urbain simplifié (ensemble de ‘rues canyon’ multi-directionnel) issues du modèle SOLENE
(CERMA, Nantes) permet de simuler correctement le hot spot sur 4 configurations contrastées (3 en
été, 1 en hiver) avec toutefois une légère sous-estimation probablement liée au schéma d’agrégation
des températures élémentaires (1 publication soumise).
Mots clefs : infrarouge thermique, anisotropie directionnelle, température de surface, pin maritime,
urbain, modélisation 3D
Directeur de thèse : Jean-Pierre Lagouarde, INRA, UMR EPHYSE, Bordeaux , France.
J-P. Lagouarde, A. Hénon, B. Kurz, P. Moreau, M. Irvine, J.A. Voogt (2009): Modelling daytime
thermal infrared directional anisotropy over Toulouse city centre. Remote Sens. Environ. (soumis)
Fascicule de thèses du département Ecologie des Forêts, Prairies et milieux Aquatiques
Février 2007
145
Optimisation et contrôle optimale de modes culturaux :
application du modèle GreenLab pour l’aide à la décision en
agriculture
- Rui Qi [email protected]
UMR AMAP, Montpellier
Ecole Centrale Paris
Date de début de thèse : 06/01/2006
Economically, we can benefit from crops and trees, for example, cob of maize, fruits of tomato, wood
part of trees. Moreover, as increasing demand of wood in South-Asia and increasing import duty of
wood, it is important to increase wood production. Because of the special application of wood, better
wood quality is also required. Therefore, the objective of my thesis is to optimize crop production,
especially fruits, and to optimize wood production and wood quality with mechanical assumptions.
Crops and trees are modelled by a functional-structural plant growth model, called GreenLab. The
parameters we optimize are those related to plant genetics: organ sink. Firstly, the optimization results
revealed the source-sink dynamics. Secondly, the interaction between plant architecture and plant
functioning is well established through optimization. Numerical study confirms that the proposed
optimization approach could be a useful tool for genetic analysis and management control.
Mots clé : Optimization, agriculture, forest, source-sink
Directeur de thèse : De REFFYE Philippe, INRIA-saclay, Parc Orsay Université, 91893 Orsay
cedex, France & CIRAD montpellier, AMAP, 34398, France
Co-directeur : HU Baogang, Institute of Automation, Chinese Academy of Sciences, LIAMA,
Beijing 100080, China
Fascicule de thèses du département Ecologie des Forêts, Prairies et milieux Aquatiques
Février 2007
146
Dynamiques des populations halieutiques à durée de vie
courte : cas des stocks de poulpes et de Crevettes exploités
au Sénégal
- Modou Thiaw [email protected] - [email protected]
UMR Ecologie et santé des écosystèmes / US-IRD 007 Osiris
Laboratoire d'écologie Halieutique Agrocampus Ouest
Ecole Doctorale : Agrocampus Ouest (France)
Date de début de thèse : 01/10/2006
Au Sénégal, au cours des trois dernières décennies, l’intensification de la pêche a entraîné des
changements écologiques dans la composition des peuplements marins. Certains stocks de poissons se
sont effondrés au profit d’autres espèces, à courte durée de vie (poulpes et crevettes). En raison de la
raréfaction des principales espèces de poissons cibles (en général prédatrices de Crustacés et de
Mollusques) et de la forte valeur marchande des crevettes et céphalopodes, ces derniers sont devenus
aujourd’hui la cible des principales activités de pêche. Ces stocks présentent cependant des
dynamiques beaucoup plus rapides et plus instables que les stocks de poissons. On sait par exemple
que les facteurs physiques, notamment l'intensité de l'upwelling, influent fortement sur le recrutement
du stock de poulpe au Sénégal entraînant ainsi d’une année à une autre, des variations de captures par
un facteur de 10. Leur exploitation durable implique donc un aménagement des pêches adapté.
La présente étude a pour objectif de consolider les bases scientifiques d’un tel aménagement en
proposant un effort de recherches orienté selon deux axes principaux qui sont: (1) une analyse des
dynamiques observées, en vue d’une meilleure compréhension de leurs déterminismes et (2) la prise
en compte de ces connaissances nouvelles dans des modèles de dynamiques des populations
spécialisés. Deux types de résultats sont attendus au terme de ce travail : (1) des connaissances
biologiques et écologiques sur ces ressources à vie courte, en particulier sur la compréhension des
déterminismes de leurs fluctuations, (2) des résultats qu’on peut qualifier de plus méthodologiques ou
appliqués avec la mise au point de méthodes ou de modèles originaux adaptés à leur évaluation et
directement applicables dans le cadre de la mise en œuvre des plans d’aménagement ciblant ces types
de ressources.
Mots clé : Ressources halieutiques, dynamique des populations, aménagement des pêches,
modélisation, Afrique de l’Ouest.
Directeur de thèse : Didier GASCUEL, Pr Agrocampus Ouest, Laboratoire d'écologie halieutique.
Co-directeur : Didier JOUFFRE, IRD, US Osiris
Fascicule de thèses du département Ecologie des Forêts, Prairies et milieux Aquatiques
Février 2007
147
Modèles et analyses statistiques spatialisées pour l'étude
des communautés biologiques tropicales hyper-diverses.
Application aux communautés d'arbres des forêts tropicales
humides des montagnes du sud de l'Inde
- Champak Beeravolu Reddy [email protected]
UMR AMAP, Montpellier
Université Montpellier II
Ecole Doctorale SIBHAGE
Date de début de thèse : 01/10/2006
Elucider les processus qui expliquent l'existence et la perpétuation de communautés biologiques
hyper-diverses constitue un enjeu central aussi bien du point de vue de l'écologie théorique, que de
celui, plus appliqué, de la biologie de la conservation. Le fort intérêt qu'a suscité récemment la théorie
"neutre" des assemblages d'espèces (Hubbell 2001) peut, en partie, s'analyser par le fait qu'elle
constitue le premier modèle holistique simple (deux paramètres) prédisant une famille de distributions
d'abondances d'espèces. Cette théorie, basée sur des hypothèses en soi très discutables (ignorant à la
fois l’influence des facteurs du milieu et les interactions entre espèces), s’est révélée étonnamment
performants pour expliquer les distributions d’abondance d’espèces. Malgré leur simplicité apparente,
la maîtrise de leurs propriétés théoriques reste insuffisante, en dépit de certaines contributions récentes
(Etienne 2005) et, en particulier, l'estimation de leurs paramètres à partir de données d'observation
s'avère, en l'état des méthodes, délicate et relativement peu robuste.
Le modèle initial d'Hubbell est spatialement implicite et empêche de prendre en compte l'information
dérivant des variations de la composition en espèces entre unités d'observation (diversité dite "béta").
Néanmoins l’approche récente de Munoz et al. (2008), en restant dans un cadre plus général que celle
de Hubbell (2001), incorpore des notions de β-diversité. Le développement des versions spatialement
explicites du modèle neutre (Chave et Leigh, 2002) ou des modèles matriciels intégrant indirectement
la topographie des communautés (Economo et Keitt, 2008) est nécessaire pour faire le lien avec les
approches de l'analyse écologique des assemblages d'espèces.
Mon travail se poursuit dans deux directions : (a) l’analyse des méthodes d’estimation en écologie des
communautés neutres et (b) l’élaboration d’un cadre mathématique permettant de mieux filtrer les
effets d’habitat a partir des données. Actuellement je suis en cours de synthétiser les approches
d’estimation des paramètres neutres en forme d’un article de revue. Egalement je me suis intéressé aux
propriétés statistiques de l’estimateur utilisé par Munoz et al. (2008).
Mots clé : biodiversité, forêt tropicale humide, modélisation, communautés végétales, Inde
Directeur de thèse : Dr. Pierre Couteron, (HdR, DR2 IRD)
Co-directeur : Dr. Raphaël Pélissier, (CR1 IRD)
Fascicule de thèses du département Ecologie des Forêts, Prairies et milieux Aquatiques
Février 2007
148
Cartographie génétique chez les Fagacées
- Jérome Durand Jérô[email protected]
UMR Biogeco, Cestas
Ecole doctorale : sciences et environnement à Bordeaux
Date de début de thèse : 01/11/2006
Une des grandes préoccupations du 21ème siècle est le réchauffement climatique de la Terre.
Actuellement, le paysage forestier n’est pas encore vraiment affecté par ce réchauffement climatique.
En revanche des événements ponctuels tels que la sècheresse de 2003 ont fragilisé des essences tel que
le chêne pédonculé, le hêtre ou encore l’épicéa. L’enjeu est donc de déterminer le potentiel adaptatif
des arbres qui est fonction de la plasticité des individus et de la diversité génétique des populations.
Ainsi, généticiens et écophysiologistes étudient la variabilité et l'héritabilité de caractères adaptatifs
(phénologie de la croissance, résistance à un déficit hydrique) et mènent des investigations sur les
gènes impliqués dans le contrôle génétique de ces caractères.
Dans ce cadre, les trois objectifs de cette thèse sont 1/ de développer une carte génétique de seconde
génération chez le chêne pédondulé (Quercus robur), sur la base de marqueurs microsatellites, ce qui
permettra de localiser sur le génome des QTL (Quantitative trait Loci) des traits étudiés de quantifier
plus précisément leurs effets, 2/ de contribuer à l'établissement d'une carte consensus du genre
Quercus, voire des Fagaceaes, sur la base des mêmes marqueurs orthologues. Ce travail apportera des
éléments sur l’évolution de ces espèces et permettra de reporter les connaissances acquises chez l'une à
l'autre, et enfin 3/ de développer des nouvelles ressources génomiques afin de mieux connaître la
structure du génome du chêne.
En utilisant la base de données de séquences exprimés (100 000 EST) du chêne, des motifs
nucléotidiques répétées (microsatellites) ont été identifiés. Un millier ont été testés quant à leur
amplification et leur polymorphisme dans un pedigree de plein frère. Ce travail a été partagé dans le
cadre d'un consortium international (EVOLTREE). Actuellement, 230 marqueurs ont été localisés sur
la carte génétique du chêne pédonculé. Ces marqueurs sont maintenant transférés chez le chêne sessile,
le hêtre et le châtaigner. En parallèle, des banques génomiques hypométhylées ont été développées.
8540 séquences d'ADN génomiques ont été obtenus. Elles apporteront des informations sur la
structure et la composition du génome du chêne (notamment en matière de séquences répétées) et
permettront le développement de nouveaux marqueurs afin de compléter les cartes génétiques.
Mots clef : Chêne, Fagacées, cartographie génétique comparée, marqueur microsatellite banques
hypométhylés
Fascicule de thèses du département Ecologie des Forêts, Prairies et milieux Aquatiques
Février 2007
149
Distribution des légionelles dans les milieux aquatiques
superficiels et dans les aquifères du bassin du Lac du
Bourget : efficacité des mécanismes naturels
d’autoépuration : cas particulier des émissions liées aux
sources contaminées du bassin aixois
- Cécile Maurice-Blanc [email protected]
UMR INRA 42 CARRTEL, Le Bourget du Lac
Ecole doctorale : SISEO Université de Savoie Chambéry
Date de début de thèse : 01/12/2006
Legionella pneumophila, bactérie potentiellement responsable de la maladie du Légionnaire, a été
isolée en 1977 suite à une crise survenue lors d’un congrès de la légion américaine en 1976 causant le
décès de 29 personnes. Mais parmi les 15 sérogroupes de cette espèce, seules les bactéries appartenant
aux sérogroupes 1 et 6 peuvent être pathogènes.
On trouve des légionelles dans les lacs et les rivières, généralement au sein de biofilms, bien que leur
concentration dans ces habitats naturels soit généralement basse. Legionella pneumophila peut se
multiplier dans certaines amibes au sein de phagosomes réplicatifs puis être libérées dans le milieu,
processus qui s’accompagne parfois d’un accroissement de la résistance de la bactérie aux
antibiotiques. De plus, comme un grand nombre de bactéries Gram-négatives, Legionella pneumophila
est capable d’entrer dans un état viable mais non-cultivable (VBNC), dont elle peut ressortir après
ingestion par une amibe et souvent avec une virulence accrue.
L’étude est organisée autour de trois volets. Le premier consiste en un inventaire de Legionella
pneumophila dans les affluents du Lac du Bourget.
Le deuxième volet doit permettre d’évaluer l'importance relative des principaux facteurs de régulation
de cette espèce au sein des biofilms, en particulier l’effet de la lumière, des autres microorganismes, de
l’âge du biofilm, de la température et de la vitesse de l’eau. Dans ce contexte, nous chercherons en
particulier l'existence dans les conditions environnementales, de développements intracellulaires au
sein d’amibes ou d’autres protistes.
Le troisième volet consistera à mettre en place un modèle mathématique du transport de charges
particulaires, et donc de légionelles, dans l’un des cours d’eau du bassin aixois en fonction du contexte
hydrologique.
Mots clé : Legionella pneumophila, biofilm, facteurs de régulation, relations interspécifiques.
Directeur de thèse : Professeur Dominique FONTVIEILLE, Université de Savoie, Chambéry.
Thèse en cotutelle avec l'Université de Genève, co-directeur : Professeur Raffaele PEDUZZI.
Fascicule de thèses du département Ecologie des Forêts, Prairies et milieux Aquatiques
Février 2007
150
Architecture et identification des Orchidées du Laos
- Pierre Bonnet [email protected]
UMR AMAP 931, Montpellier
Thésard CIRAD
Université Montpellier 2, Département Biologie Evolution et Environnement
ED Systèmes Intégrés en Biologie, Agromomie, Géosciences, Hydrosciences et Environnement
Date de début de thèse le 11/12/2006
Les orchidées représentent une part importante de la diversité des plantes à fleurs actuelle. Si
l’extrême variabilité de leurs structures florales a fait l’objet de nombreuses études, la diversité de
leurs modes de développement architecturaux est par contre restée largement inexplorée. Ce travail de
thèse s’attache en partie à mieux caractériser les modes de développement architecturaux au sein de
cette famille en Asie du Sud-est, et étudier leur emploi pour l’identification à différents niveaux
taxonomiques. Il porte également sur l’utilisation d’outils d’identification novateurs par les caractères
morphologiques qu’ils exploitent, ou les technologies mises en œuvre.
Ces recherches, qui s’appuient sur l’analyse des modes de développement, ont permis d’établir une
base de réflexion sur l’emploi des caractères morphologiques pour l’identification des espèces de cette
famille. L’emploi de tels caractères pour l’identification taxonomiques, a été testé et a permis d’établir
une clef d’identification des genres d’Orchidées présents au Laos, ainsi qu’un outil graphique
d’identification d’une centaine d’espèces. Des tests préliminaires ont également été menés sur
l’utilisation de systèmes de reconnaissance visuelle en collaboration avec l’INRIA (équipe IMEDIA).
Cette étude s’appui sur une collection de plantes vivantes cultivées à l’Université Nationale du Laos,
et complétée par ces recherches. Les collaborations établies nous permettent d’accéder aux bases de
données de l’Herbier National de Hollande (Leiden) ainsi que celles de l’Hortus Botanicus de Leiden.
Ces recherches sont en partie basées sur des observations de terrain réalisées lors de missions de
collecte de plantes, complétées par le suivi du développement de celles-ci en serre, et l’analyse
d’échantillons d’herbier.
En conclusion, ce travail de thèse permet une meilleure compréhension des différents modes de
développements architecturaux au sein de la famille des Orchidées, ainsi que la diversification de ces
modes. Une partie des données recueillies a permis la réalisation de plusieurs outils de
reconnaissances à différents niveaux taxonomiques.
Mots clé : Orchidées, Caractères morphologiques, Identification, Laos.
Directeur de thèse : Dr. Daniel Barthélémy, Directeur de l’Unité AMAP Montpellier.
Co-directeur de thèse : Mr. Pierre Grard, Chercheur Cirad, affectation à l’unité AMAP.
Fascicule de thèses du département Ecologie des Forêts, Prairies et milieux Aquatiques
Février 2007
151
Année de début de thèse : 2007
Fascicule de thèses du département Ecologie des Forêts, Prairies et milieux Aquatiques
Février 2007
152
Simulation et visualisation des écosystèmes de plantes en
interaction avec l'environnement au sein de « paysages
fonctionnels »
- Vincent Le Chevalier [email protected]
UMR AMAP, n°931
EPI Digiplante, Laboratoire MAS
Ecole Centrale Paris
Date de début de thèse : 01/01/2007
Cette thèse prend place dans le cadre de DigiPlante, un projet de recherche pluridisciplinaire
entre la Chine et la France sur les thèmes de modélisation, simulation et visualisation de la croissance
des plantes. Les principaux partenaires en sont l'INRIA, le CIRAD, l'INRA, et l'ECP du côté français,
et le LIAMA (Laboratoire franco-chinois en Informatique, Automatique et Mathématiques
Appliquées), CASIA (Institute of Automation, Chinese Academy of Sciences), la CAU (China
Agriculture University) et la CAF (Chinese Academy of Forestry) du côté chinois. Les travaux prévus
s'intègrent au développement du modèle de plantes GreenLab. Ce modèle structure-fonction donne
déjà des résultats très prometteurs au niveau d'une plante seule et de plantations homogènes.
Le corps de la thèse concerne la modélisation et la simulation des interactions entre le modèle
de plantes et son environnement, et en particulier avec les ressources en eau. Cela nécessite la
modélisation et la simulation de la dynamique des divers éléments biophysiques du paysage. Ce travail
impose également le développement d'une architecture logicielle de simulation suffisamment souple
pour s'adapter à la variété des modèles, et gérer leur compétition pour les ressources du paysage. Un
premier prototype de simulateur a déjà été réalisé. Il intègre les plantes GreenLab dans le cycle de
l'eau. Il a permis de tester les limites des approches actuelles, à la fois sur les contenus des modèles et
sur la gestion de la compétition et des interactions au sein du paysage.
Ces résultats sont suffisants pour servir d'ores et déjà de base au développement de
composants de visualisation pour les paysages fonctionnels. Ce travail permet d'envisager des
procédures de visualisation basées sur le fonctionnement du paysage et pas seulement sur la géométrie
de ses constituants. Ces procédures permettent d'une part le contrôle des résultats de simulation, et
d'autre part la communication avec le grand public.
Mots clé : paysage, plantes, modélisation, simulation, visualisation
Directeur de thèse : Philippe de Reffye (CIRAD)
Co-directeurs : Marc Jaeger (INRIA/CIRAD), Paul-Henry Cournède (ECP)
Fascicule de thèses du département Ecologie des Forêts, Prairies et milieux Aquatiques
Février 2007
153
Etudes des conséquences à long terme d’une généralisation
des exportations totales de biomasse et de minéralomasse
dans les Chênaies et Hêtraies de plaine.
- Astrid Genet [email protected]
Unité BEF, Nancy
Date de début de thèse : 01/06/2007
Le recours aux bioénergies en remplacement des énergies fossiles (charbon et pétrole) laisse présager
d’une augmentation à venir des prélèvements en forêt. A ces fins énergétiques, ce sont essentiellement
les branches du houppier ainsi que les découpes du tronc en deçà de ce qui est actuellement récolté
(découpe à 7cm) qui seront mobilisées. Dans la plupart des cas, ces parties de l’arbre sont actuellement
laissées sur coupe après exploitation et participent à la pérennité des cycles forestiers en restituant au
sol une proportion importante des éléments minéraux contenus dans l’arbre. Pour que l’intensification
sylvicole s’inscrive dans le cadre d’une gestion forestière durable, il est nécessaire de s’assurer qu’elle
est à terme sans risque pour l’écosystème forestier et notamment la fertilité des sols. Cependant, pour
pouvoir donner une estimation réelle du potentiel bois-énergie d’une région, il convient de coupler aux
aspects écologiques de la disponibilité de la matière première ceux socio-économiques de la demande
locale.
Nous réalisons donc un travail de modélisation à deux niveaux (biophysique et économétrique) afin de
développer une méthodologie d’évaluation globale du potentiel bois-énergie d’une région.
La disponibilité de la ressource est abordée via la construction de modèles de biomasse et de
minéralomasse robustes (faible sensibilité aux hypothèses de travail nécessaires à la construction des
modèles) et autant que possible génériques (structures communes de modèles quelles que soient
l'essence ou la structure du peuplement) pour le Chêne et le Hêtre. Ces modèles permettront
localement d’évaluer la biomasse disponible sur une zone forestière ainsi que les exportations
minérales consécutives à l’exploitation des rémanents. En rapprochant ces valeurs des microconditions pédologiques locales, nous définirons des seuils de biomasse assurant le maintien de la
fertilité des peuplements. Nous travaillons en parallèle sur l’établissement d’une fonction
mathématique d’évaluation de la demande (prix et quantités) en bois-énergie basée sur des critères
économétriques choisis. Les équations correspondant aux modèles développés seront injectées dans le
modèle de croissance Fagacées (Dhôte 1995) intégré à la plate-forme de simulation CAPSIS.
Nous simulerons localement sur un site expérimental représentant 10.000ha de forêt situé en bordure
des départements de la Meuse et de la Haute-Marne, l’impact sur le cycle des minéraux d’itinéraires
sylvicoles contrastés en fonction de critères biophysiques (exportations à différentes découpes) et
économiques (valeur de la biomasse et demande locale). Des scénarios-type seront établis en vue
d’élaborer des recommandations pratiques pour les gestionnaires.
Les premiers résultats obtenus vont dans le sens de la généricité des modèles et montrent des
similitudes très prometteuses au niveau du développement des compartiments de l’arbre au cours du
temps entre Hêtre et Eucalypus (comparaison tropical/tempéré). Pour les compartiments du houppier
comme les feuilles, la pente de la relation linéaire Biomasse = f(D²H) décroît en effet de façon
exponentielle avec l’âge pour les deux essences et les résultats obtenus sur le hêtre qui couvrent une
gamme d’âge plus étendue que ceux de l’eucalyptus (Saint André et al. 2005, Almeida et al. 2008 in
prep., Antonio et al. 2007) vont permettre d’affiner cette relation pour les eucalyptus. Pour le bois, les
deux essences qui ont globalement le même plan ligneux (pore diffus) semblent aussi suivre
exactement la même courbe dont la pente augmente avec l’âge, traduisant des changements de forme
et/ou de densité au cours du temps.
Fascicule de thèses du département Ecologie des Forêts, Prairies et milieux Aquatiques
Février 2007
154
Mots clefs : modélisation, biomasse, minéralomasse, fertilité, généricité, multi-scalaire.
Directeurs de thèse (thèse réalisée en cotutelle) : Martin Moog, Université Polytechnique de Munich
(TUM), Munich, Allemagne – Pierre Faivre, Université de Savoie, Chambéry, France.
Encadrant principal : Laurent Saint-André, INRA, Unité BEF / CIRAD, UPR 80, Nancy, France.
Fascicule de thèses du département Ecologie des Forêts, Prairies et milieux Aquatiques
Février 2007
155
Variabilité fonctionnelle de gènes candidats impliqués dans
la lignification chez l’eucalyptus
- Eric Mandrou [email protected]
UMR 1202 Biogeco, Cestas Pierroton
INRA
SE Bordeaux
Date de début de thèse : 01/07/2007
Mes travaux de recherche sont financés par la société Vallourec. Ils s'inscrivent dans le cadre d'un
projet de développement de son activité au Brésil, où la matière ligneuse produite dans des plantations
d’eucalyptus est transformée en charbon de bois destiné à alimenter des hauts fourneaux. Dans le
cadre de l’optimisation de son process industriel, cette société mène un programme d’amélioration
génétique de la qualité du bois, orienté vers l’augmentation du taux de lignine, ce polymère semblant
impliqué dans la qualité du charbon de bois.
Les deux objectifs de ma thèse seront d'une part de décrire les patrons de diversité nucléotidique de
gènes de structure et de régulation qui interviennent dans la biosynthèse des lignines chez l'eucalyptus,
et d'autre part d'utiliser cette information pour étudier les relations statistiques entre variabilité
allélique et variation du caractère teneur en lignine. A terme nous espérons pouvoir fournir un test de
sélection précoce de la teneur en lignine, permettant d’améliorer les gains génétiques par unité de
temps pour ce caractère quantitatif.
Dans un premier temps, nous séquencerons plusieurs gènes de la voie de biosynthèse des lignines dans
un échantillon d'Eucalyptus urophylla et camaldulensis non apparentés, afin de décrire la diversité
génétique pour ces deux espèces, bases du programme d’amélioration de Vallourec.
Dans un deuxième temps, des tests d’associations entre variabilité nucléotidique et variation de la
teneur en lignine seront réalisés sur des dispositifs d'amélioration existants (un plan factoriel E.
urophylla x E. urophylla du CIRAD et E. urophylla x E. camaldulensis de Vallourec).
Mots clé: Tests d’association, diversité nucléotidique, lignine, eucalyptus
Directeur de thèse : Christophe Plomion (UMR Biogeco, Cestas Pierroton, INRA)
Co-directeur : Jean-Marc Gion (UPR39, Montepellier, CIRAD / UMR Biogeco, Cestas Pierroton,
INRA)
Fascicule de thèses du département Ecologie des Forêts, Prairies et milieux Aquatiques
Février 2007
156
Chaînes de Markov et modèles linéaires généralisés.
Application à l’analyse de la distribution des épicormiques du
chêne
- Mohamad Saad [email protected]
UMR 1092 INRA-ENGREF LERFOB
Equipe Croissance et Production
Centre INRA de Nancy
Organisme d’appartenance : INRA
Ecole Doctorale : IAEM - Lorraine « Informatique, Automatique, Électronique Électrotechnique, Mathématiques »
Département « Mathématiques » de l’Université Nancy I Henri Poincaré
Date de début de thèse : 01/10/2007
Les études menées depuis plusieurs années ont permis de comprendre la dynamique de succession des
différents types d'épicormiques du chêne sessile (bourgeons dormants, gourmands, picots,
broussins…), influencée par la sylviculture et déterminant fortement la qualité commerciale des
grumes. Un modèle d'intégration des données recueillies permettrait de quantifier l'effet des différents
scénarios sylvicoles sur la qualité des grumes. Il fait actuellement défaut.
La thèse a pour objectif de mettre au point ce modèle d'intégration. Ceci passe par l'ajustement de
modèles dits de transition, qui permettent d'expliquer les probabilités des chaînes de Markov décrivant
les successions entre types, par les facteurs caractérisant les sylvicultures. Ces modèles de transition
seront des modèles linéaires généralisés.
La méthodologie comporte plusieurs étapes.
Les données longitudinales recueillies à Montrichard durant 11 ans sur une unique pousse annuelle et
ceci sur 60 arbres environ (données longitudinales), permettent d’avoir une bonne idée du début de
cette dynamique. Il sera tiré profit de la plateforme OpenAlea, développée par l'équipe Virtual Plant de
l'UMR DAP, pour ajuster le type adequat de chaîne de Markov, récupérer les probabilités de
succession et écrire les modèles de transition.
Une ou deux expérimentations seront construites, permettant de passer de données longitudinales sur
une pousse annuelle à des données transversales recueillies sur les troncs d'arbres de différents âges.
A partir de données de distributions verticales obtenues selon différents scénarios sylvicoles, sera
modélisée l'influence de la sylviculture sur la dynamique épicormique.
M. Saad, a été positionné jusqu'en décembre 2007 à Nancy puis dans l'UMR DAP, équipe "Virtual
Plant". Sous la supervision de Yann Guédon, il y a réalisé une étude exploratoire des données de
Montrichard sous OpenAlea, qui permet d'écrire les modèles de transition.
Le modèle de transition sera ajusté au cours du troisième trimestre 2008 et l'étape 2 envisagée.
Mots-clés : Epicormiques, chêne sessile, chaînes de Marov, modèles de transition, modèles linéaires
généralisés
Co-directeurs de thèse :
Fascicule de thèses du département Ecologie des Forêts, Prairies et milieux Aquatiques
Février 2007
157
COLIN Francis
UMR LERFOB, Centre INRA de Nancy
54280 Champenoux
[email protected]
Tél. : 03 83 39 40 42
GUEDON Yann
UMR DAP & INRIA, Equipe-projet Virtual Plants TA A-96/02,
34398 Montpellier Cedex 5, France
[email protected]
Tél. : 04 67 61 65 78
MONNEZ Jean-Marie
Institut Elie Cartan, Université Nancy 2 HENRI POINCARE,
B.P. 239, F-54506 Vandoeuvre-lès-Nancy Cedex, France
[email protected]
Tél. : 03 83 91 31 91
Le Pr Monnez Jean-Marie est secondé par Mme Sandie Ferrigno pour le suivi rapproché de M. Saad.
Fascicule de thèses du département Ecologie des Forêts, Prairies et milieux Aquatiques
Février 2007
158
Analyse et modélisation des effets de la densité et du
mélange d’espèce sur le développement et l’architecture de
jeunes hêtres et érables sycomores
- Benjamin Faivre-Vuillin [email protected]
LERFOB, unité Croissance et Production, Centre de Nancy
AgroParisTech ENGREF
Ecole doctorale : RP2E
Date de début de thèse : 01/11/2007
Les forêts mélangées présentent actuellement un fort regain d'intérêt de la part des gestionnaires du
fait de leur plus grande résilience aux perturbations naturelles et de l’avantage économique qu’elles
offrent par la diversité des produits forestiers que l’on peut en sortir, permettant de s’adapter aux
fluctuations des marchés du bois. Toutefois, les questions relatives aux modalités de gestion de ces
forêts restent en suspend en raison du manque de connaissances sur le comportement des essences en
mélange. Le mélange Hêtre – Erable, fortement présent en Lorraine, est intéressant car les deux
essences ont des exigences écologiques proches, des dynamiques de croissance en hauteur
comparables dans le jeune âge et toutes deux sont capables de survivre à de faibles éclairements.
Toutefois, leur développement architectural est très différent.
Au cours de la thèse, nous allons nous attacher à :
- analyser la dynamique de croissance du Hêtre et de l’Erable sycomore en fonction de la compétition
qui existe au sein du peuplement. Nous nous intéressons à celle pour la lumière, cette compétition
ayant un fort impact sur les entrées de carbone de la plante, donc son potentiel de croissance, et sur la
morphologie des houppiers des arbres
- étudier la branchaison des deux espèces, en particulier les relations allométriques entre les divers
compartiments aériens des arbres (tige et branches), les relations de croissance entre eux et les
stratégies d’occupation de l’espace au cours de la mise en place des houppiers. L’architecture de leur
houppier, notamment la capacité d’autoélagage et la fréquence de mise en place des fourches, ont une
directe influence sur la qualité commerciale des grumes.
- utiliser ces données pour développer des modèles de la croissance du Hêtre et de l’Erable sycomore
en mélange avec différents niveaux de détail dans la description des arbres et de la compétition.
- comparer les différents degrés de précision possible des modèles pour rechercher le meilleur
compromis entre qualité des simulations et temps nécessaire à l’acquisition des données.
Notre étude se base sur un dispositif en plantation de 9 ans comptant 4000 arbres distribués
aléatoirement selon deux gradients orthogonaux, l’un de mélange d’espèce (100% de l’une à 100% de
l’autre en passant au milieu par un mélange à parité) et l’autre de densité (1500 à 25000 tiges par
hectare).
Nos premiers résultats indiquent que la croissance des individus en diamètre est stimulée par
un fort taux de mélange entre espèces. Ceci résulte probablement de l’occupation de l’espace
différente par les houppiers, l’érable installant son houppier plus haut que le hêtre, Il en résulte en une
plus grande disponibilité de l’espace horizontal pour chaque espèce. Nous avons mis en évidence des
relations très conservées au niveau des branches entre diamètre, volume de bois et surface foliaire. Ces
relations, insensibles à la compétition et conservées à tout ordre de ramification, laissent entendre que
ces paramètres sont plus sous contrôle mécanique qu’environnemental (pipe model theory).
Fascicule de thèses du département Ecologie des Forêts, Prairies et milieux Aquatiques
Février 2007
159
Keywords : mixed stands, individual based modelling, light competition, Fagus sylvatica, Acer
pseudoplatanus
Directeur : Jean-Francois DHOTE (ONF)
Co-Directeur : Catherine COLLET (INRA)
Fascicule de thèses du département Ecologie des Forêts, Prairies et milieux Aquatiques
Février 2007
160
Bilan de carbone de l’écosystème forestier aquitain de Pin
maritime : intégration de données de télédétection dans un
modèle de fonctionnement de l’ensemble forêt/sous-bois
- Nathalie Yauschew-Raguenes [email protected]
UPR 1263 EPHYSE, Bordeaux
Université Bordeaux1
Ecole Doctorale Science et Environnement
Date de début de thèse 01/11/2007
L’objectif est l’évaluation de l’apport d’une meilleure connaissance de l’hétérogénéité régionale de la
végétation du sous-bois et de la strate arborée dans la quantification des bilans de carbone sur le vaste
territoire couvert par l’écosystème forestier de pin maritime en Aquitaine. L’originalité du projet est
de s’appuyer à la fois sur une information issue de données de télédétection et sur une modélisation
des processus de fonctionnement et permettant de séparer les effets du sous-bois et des arbres et
d’estimer leurs contributions respectives dans le bilan carboné.
Des séries saisonnières de données de réflectance acquises à partir de capteurs à moyenne résolution
spatiale (VEGETATION, MODIS,…) seront désagrégées pour renseigner les modèles sur la
répartition spatiale des propriétés phénologiques de la végétation du sous-bois et sur les variations
saisonnières du LAI (Leaf Area Index) et du fAPAR (Fraction de Rayonnement Photosynthétiquement
Actif Absorbé) de la forêt de pin et des grandes cultures qui la côtoient. Le modèle MuSICA dégradé à
2 couches de végétation et l’approche plus simplifiée de McMurtrie et Dewar seront employés et
comparés. L’évaluation de l’apport de la télédétection dans la partition sous-bois/arbres et de l’apport
d’une modélisation détaillée portera sur la productivité globale, ses variations régionales et ses
fluctuations sur plusieurs années consécutives présentant des situations hydriques contrastées.
Mots clé : Cycle du Carbone ; Modélisation ; Phénologie ; Pin Maritime ; Télédétection
Directeur de thèse : Jean-Pierre Wigneron, UPR 1263 EPHYSE, Bordeaux
Co-directeur : Dominique Guyon et Roderick Dewar, UPR 1263 EPHYSE, Bordeaux
Fascicule de thèses du département Ecologie des Forêts, Prairies et milieux Aquatiques
Février 2007
161
Année de début de thèse : 2008
Fascicule de thèses du département Ecologie des Forêts, Prairies et milieux Aquatiques
Février 2007
162
Dynamique de la régénération ligneuse et de la végétation
dans les trouées forestières du Nord-Est de la France
- Rosalinde Van Couwenberghe [email protected]
UMR 1092 LERFoB, Nancy
AgroParisTech / INRA
Ecole doctorale : RP2E
Date de début de thèse : 01/01/2008
Les principales perturbations que connaissent les forêts d’Europe centrale et occidentale ont pour
origine des tempêtes. Ainsi, en 1999, les deux tempêtes Lothar et Martin ont causé des dégâts
considérables à la forêt française. La Lorraine a été la région la plus touchée. La reconstitution des
forêts, à la suite d’importants dégâts causés par des événements climatiques de ce type, soulève de
nombreuses questions : comment favoriser la régénération naturelle, en particulier dans un contexte de
changement climatique, et comment se déroule la réorganisation de la végétation suite à une mise en
lumière?
Ces questions soulevées nous amènent à l’objectif du travail de la thèse, qui est d’étudier, au sein des
trouées, la répartition et la dynamique des espèces et des communautés végétales dans un large
gradient de sol (calcaire à acide), et avec des tailles de trouées variables (depuis une ouverture de
plusieurs hectares jusqu’à un couvert fermé). Ces deux facteurs seront des variables explicatives de la
variabilité de la végétation ligneuse et herbacée.
Actuellement, le LERFoB dispose de deux réseaux d’observations des dynamiques naturelles en
Lorraine et en Alsace. Aujourd’hui, un grand nombre de données issues de ces réseaux sont
disponibles. Une autre base de données phytoécologiques du LERFoB, EcoPlant, contient des relevés
floristiques et écologiques situés sous couvert. Ces bases permettent d’étudier le cortège floristique
dans les parcelles forestières touchées et non touchées par des tempêtes.
Ce projet de thèse comble les faibles connaissances actuelles sur les dynamiques de la végétation après
tempête sur de larges gradients de sol et de lumière. Il sera représentatif et complémentaire des
différentes conditions rencontrées dans les forêts tempérées des plaines et collines françaises.
Mots clé : dynamique naturelle, variation spatiale, compétition interspécifique, trouées, tempête.
Directeur de thèse : Jean-Claude Gégout, professeur LERFoB
Co-encadrant : Catherine Collet, chargée de recherche LERFoB
Eric Lacombe, enseignant-chercheur LERFoB
Jean Claude Pierrat, ingénieur de recherche LERFoB
Fascicule de thèses du département Ecologie des Forêts, Prairies et milieux Aquatiques
Février 2007
163
Modélisation des interactions biomécanique-architecture de
l’arbre. Etude théorique des stratégies de croissance d'une
plante sous contrôle biomécanique à partir d'un simulateur
prototype.
- Thomas Guillon [email protected]
UMR 931 AMAP, Montpellier
Université Montpellier 2
Date de début de thèse : 01/09/2008
Ce projet vise à développer un modèle de biomécanique de l’arbre dans le simulateur de croissance
Digiplante. A chaque cycle de croissance, ce modèle prendra en compte les rétroactions entre l’état
mécanique de la structure (contraintes, déformations, fréquences propres, etc.) et l’investissement en
carbone (forces puits, allométrie et probabilité de branchaison régulées par l’état mécanique). Des
analyses de sensibilités seront réalisées afin de quantifier l’influence de ces rétroactions sur la forme
finale de l’arbre. Enfin, des algorithmes de contrôle optimal seront mis en œuvre pour déterminer les
diversités de formes végétales correspondant à différentes stratégies de croissance dans des conditions
environnementales données.
Mots clefs : mécanique, thigmomorphogénèse, plasticité, architecture, modélisation structure-fonction
Directeur de thèse : Thierry FOURCAUD, CIRAD, UMR AMAP, Montpellier
Co-directeur : Paul-Henry COURNEDE, ECP, projet Digiplante, Saclay
Fascicule de thèses du département Ecologie des Forêts, Prairies et milieux Aquatiques
Février 2007
164
Impact des variations intra et inter annuelles du climat sur
la densité des bois de chêne, hêtre et épicéa commun à
l’échelle des ressources.
- Tony Franceschini [email protected]
UMR INRA-AgroParisTech ENGREF LERFoB, Champenoux
AgroParisTech ENGREF
Date de début de thèse : 01/09/2008
Les modèles actuels de densité du bois prennent en compte les effets de la largeur de cernes et de leur
âge cambial. Ils expliquent environ 50 % de la variance totale de la densité du bois. Le niveau de
variabilité le plus important de la densité du bois se situe au niveau intra-cerne (de 300 à plus de 1000
kg/m3 pour l’épicéa). C’est à cette échelle que nous caractérisons les variations de densité du bois en
considérant qu’elles sont un bio-indicateur du fonctionnement des écosystèmes aux échelles intra mais
aussi inter-annuelles (Bergès et al., 2000 ; Bontemps, 2006).
En effet, le profil densitométrique est une image quantitative de la structure anatomique des cernes
annuels (Decoux et al., 2004). Les variations densitométriques observées seront interprétables en
termes anatomiques (Rathgeber et al., 2006), ce qui facilitera l’interprétation physiologique des
relations qui seront détectées entre les variations de densité du bois et les variables climatiques.
La première hypothèse que nous allons tester est que les changements de saisonnalité des variables
climatiques affectent la forme du profil densitométrique. Nous avons montré sur un échantillon réduit
d’arbres que l’on pouvait relier la présence de faux cernes avec un épisode de déficit hydrique intraannuel (Bouriaud et al., 2005). Cela nous encourage à poursuivre en explorant une chronoséquence
d’un siècle et en comparant sur des sites identiques, des arbres jeunes à des arbres vieux.
La seconde hypothèse est que nous pourrons prendre en compte les effets des traitements sylvicoles au
cours de la chronoséquence étudiée (est-ce que les arbres jeunes ont suivi le même traitement sylvicole
que les arbres vieux ?). Pour cela nous allons prendre en compte les effets respectifs de la largeur de
cerne et de leur âge cambial par la réalisation d’un profil densitométrique linéaire segmenté permettant
de distinguer trois séquences intra-annuelle : le bois initial, le bois de transition et le bois final (Leban,
1999).
La troisième hypothèse porte sur le niveau de description du peuplement. Nous considérons que les
trois arbres dominants par peuplement qui sont échantillonnés reflètent ce qui se passe au niveau
peuplement. Ce formalisme est usuel dans les approches dendrométriques et il sera utilisé en première
approche. Une validation de cette hypothèse est prévue sur un ou deux peuplements qui seront
échantillonnés de manière plus intensive.
Mots clés : Densitométrie, profil de densité, variables climatiques, largeur de cerne
Directeur de thèse : LEBAN Jean-Michel (DR2 INRA, responsable de l’Équipe Qualité Bois du
LERFoB)
Fascicule de thèses du département Ecologie des Forêts, Prairies et milieux Aquatiques
Février 2007
165
Nouvelle approche pour la stabilisation des pentes par les
racines sur les points chauds de dégradation en Chine
- Murielle Ghestem [email protected]
UMR 931, Montpellier
AMAP, Université Montpellier 2
Sibaghe, Engref
Date de début de thèse : 01/10/2008
Dans les dernières décennies, les préoccupations environnementales croissantes ont eu pour
conséquence l’apparition d’une nouvelle discipline : l’éco-ingénierie, qui a été définie comme ‘la
stratégie pour gérer un site de façon écologique et sur le long-terme, en tenant compte des aléas
naturels et anthropiques’. Le projet de thèse se propose d’examiner des solutions innovantes d’écoingénierie pour lutter contre la dégradation des sols.
Les processus d’érosion étant nombreux, il a été résolument choisi de concentrer l’étude sur une
combinaison de quelques processus d’érosion, a savoir la dégradation des terrains en pente. Sur ces
pentes, se combinent des phénomènes d’érosion par la gravite, engendrant les glissements de terrain en
profondeur, et d’érosion hydraulique, engendrant la perte de sol en surface. Quel autre endroit que les
pentes des contreforts himalayens se prêterait mieux à une telle étude ? Lieux ou se concentrent a la
fois une biodiversité naturelle et des glissements de terrain engendres par des causes naturelles et
anthropiques, ces pentes chinoises sont également l’objet de questionnements des forestiers chinois
eux-mêmes, quant a la gestion optimale à y appliquer. De nombreuses incertitudes existent encore
aujourd’hui sur les stratégies de gestion de ces zones sensibles. Afin de répondre a ces questions, le
sujet de thèse se décompose en deux volets : l’un fondamental, l’autre plus applique, ces deux volets
étant lies. Le volet fondamental consiste en l’étude du rôle de renforcement des racines, et plus
précisément l’étude des stratégies d’enracinement des plantes soumises a des contraintes écologiques
fortes.
Le volet applique explore une notion émergente de l’éco-ingénierie, à savoir l’étude des points chauds
de dégradation, et leur aménagement dans le but d’agir positivement sur toute la zone dégradée. Les
points chauds de dégradation des milieux (ou ‘hotspots’) sont définis comme les zones sources de
sédiments. Ce sont aussi les zones ou la dégradation des sols se situe bien au-dessus des seuils de
tolérance, c'est-à-dire au-dessus d’une capacité de reconstitution naturelle. La connaissance des
espèces locales apportée par le premier volet alimentera l’étude de la gestion des points chauds
(deuxième volet), dans le but d’aboutir à des préconisations concrètes.
Mots-clefs : Biomécanique, érosion, glissement de terrain, racines, sol
Directeur de thèse : Alexia Stokes (INRA)
Co-directeur : Kun-Fang Cao (Xishuangbanna Tropical Botanical Garden, Chine)
Fascicule de thèses du département Ecologie des Forêts, Prairies et milieux Aquatiques
Février 2007
166
Modélisation du renforcement des sols en pente par la
végétation : aspects hydrauliques
- Jinnan Ji [email protected]
UMR 931 AMAP, Montpellier
Beijing Forestry University, Pékin
Date de début de thèse : 01/10/2008
Ce projet vise à introduire les aspects écologiques et hydrologiques dans les modèles de renforcement
des sols en pentes par la végétation développés à l’UMR AMAP en collaboration avec la Beijing
Forestry University. Ce travail de thèse comporte 1/- des études in situ et en laboratoire de l’effet des
interactions entre végétation et propriétés hydrologiques des sols incluant des tests de cisaillement à
différentes conditions d’humidité du sol et d’enracinement; 2/- la prise en compte de ces effets dans
des modèles Eléments Finis d’interaction racines-sol à différentes échelles (racine, système racinaire,
pente) ; 3/- la calibration et la validation de ces modèles ; 4/- la réalisation d’un plan d’expérience
numérique à l’échelle de la pente pour quantifier les effets hydrauliques sur le facteur de sécurité de la
pente. Les résultats de cette étude devront permettre d’améliorer les outils de simulations des risques
de glissement de terrain et alimenter la base de données du système d’aide à la décision SDSS@china
développé dans le cadre d’une collaboration franco-chinoise.
Mots clefs : éco-ingénierie, stabilité des pentes, glissements de terrain, racines, hydrologie, mécanique
des sols, facteur de sécurité
Directeur de thèse : Thierry FOURCAUD, CIRAD, UMR AMAP, Montpellier
Co-directeur : Zhiqiang ZHANG, Beijing Forestry University, Key Lab. Of Soil and Water
Conservation and Desertification Combating, Pékin
Co-encadrement : Nomessi Kuma KOKUTSE, CIRAD, UMR AMAP, Montpellier
Fascicule de thèses du département Ecologie des Forêts, Prairies et milieux Aquatiques
Février 2007
167
Développement d'un modèle d’enracinement multi-physique
basé sur l'agrégation de l'architecture racinaire d'arbres
forestiers – Application à l’éco-ingénierie de la stabilité des
pentes
- Adrien Bonneu [email protected]
UMR 931 AMAP, Montpellier
CIRAD
Date de début de thèse : 01/10/2008
Ce projet de thèse vise à développer un modèle de croissance racinaire de type « réaction-diffusion »
basé sur des fonctions de densité généralisée décrivant l’évolution spatio-temporelle des nombre,
longueur, diamètre et orientation des racines. Ce modèle sera développé et calibré à partir des modèles
d’architecture de systèmes racinaires développés au CIRAD, en particulier celui de l’eucalyptus (thèse
A. Thongo, 2008). En s’affranchissant de la description topologique explicite des systèmes racinaires
(les paramètres d’architecture étant agrégés sous forme de fonctions de densité généralisée), il
permettra d’envisager des simulations à l’échelle de la parcelle ou du peuplement. Il est destiné à être
couplé avec un modèle d’hydrologie (Beijing Forestry University), de prélèvement hydro-minéral
(UMR BRS) et de stabilité des pentes développé dans le cadre d’un projet CIRAD-RTRA (N.
Kokutse, UMR AMAP, 2008-2010), dans le but d’analyser l’impact de conduites agricoles et
forestières sur les risques d’érosion et de glissement de terrain en Chine et en Afrique.
Mots clefs : Interactions racines/sol, croissance racinaire, architecture racinaire, modèle agrégé,
densité généralisée, éco-ingénierie, stabilité des pentes, érosion
Directeur de thèse : Thierry FOURCAUD, CIRAD, UMR AMAP, Montpellier
Co-directeur : Michel LANGLAIS, Université Bordeaux I, IMB, Bordeaux
Fascicule de thèses du département Ecologie des Forêts, Prairies et milieux Aquatiques
Février 2007
168
Diagnostic et origine environnementale des évolutions
récentes de la productivité forestière en France à partir
des données de l’Inventaire Forestier National (IFN)
- Marie Charru –
[email protected]
UMR 1092 INRA/AgroParisTech-ENGREF « LERFoB » , Nancy
Ecole doctorale : RP2E
Date de début de thèse : 01/10/2008
Le thème de l’évolution historique de la productivité forestière a fait l’objet de nombreux travaux en
Europe et en France, lesquels ont mis en évidence une augmentation marquée de la productivité dans
les forêts européennes, ainsi qu’une variabilité de la réponse aux niveaux spécifique et régional. Ces
travaux reposent sur différents types de données, et s’appliquent essentiellement à des couples de
situations de type essence/pays ou essence/région. Du fait de cette grande diversité méthodologique,
une perception exhaustive du phénomène fait encore défaut.
Parmi les sources de données disponibles, les données des inventaires forestiers nationaux offrent de
nombreux atouts pour l’étude de l’évolution de la productivité forestière, en particulier de par la portée
spatiale et temporelle du diagnostic, le choix possible des essences à étudier et le grand nombre
d’observations par essence. En France, les données de l’Inventaire Forestier National n’ont pourtant
été que rarement mises à contribution dans l’étude des changements de productivité et les travaux sont
restées très exploratoires. Ce travail vise donc à exploiter les données de l’Inventaire Forestier
National pour étudier l’évolution récente de la productivité des forêts françaises.
Un premier objectif de cette thèse sera de caractériser l’évolution récente de la productivité des
principales essences forestières en peuplement régulier par une modélisation de la dynamique de la
croissance. La base de données de l’Inventaire Forestier National couvrant l’ensemble du territoire,
elle permet d’envisager un diagnostic régionalisé, puis dans un second temps spatialisé à une
résolution plus fine, des évolutions de productivité de chaque essence (réalisation de cartes d’évolution
de la productivité).
Un second objectif est de comprendre le déterminisme environnemental de la productivité et de son
évolution, en étudiant le rôle des facteurs permanents ou à variation lente (réserve utile, conditions
topographiques, ressources trophiques, climat moyen), ainsi que l’effet des facteurs à variation rapide
(climat annuel). Des modèles complets de relation « facteurs de l’environnement – productivité »
seront également construits, en combinant les facteurs climatiques aux facteurs permanents du milieu.
Ces modèles seront utilisés pour réaliser des projections de productivité à l’horizon de quelques
décennies.
Un dernier objectif consiste en la compréhension de l’effet des changements de l’environnement sur la
dynamique interne du peuplement en étudiant : i- la stabilité de la relation entre productivité et
croissance en hauteur (loi de Eichhorn) dans un environnement changeant, ii- la possibilité de rendre
compte de l’évolution de la productivité du peuplement à partir des seuls arbres les plus vigoureux, iiile rôle du rang social des arbres du peuplement dans l’évolution de la productivité.
Mots clefs : Productivité forestière, Tendance historique, Inventaire Forestier National, Modélisation
statistique
Directeur de thèse : Mériem Fournier, UMR INRA/AgroParisTech-ENGREF « LERFoB », Nancy
Fascicule de thèses du département Ecologie des Forêts, Prairies et milieux Aquatiques
Février 2007
169
Quantification et répartition de la biomasse à l’échelle de
l’individu pour les principales essences forestières
françaises : modélisation générique.
- Michaël Rivoire [email protected]
UMR 1092 LERFoB, Nancy
AgroParisTech - ENGREF
Ecole doctorale : RP2E
Année de début de thèse : 15/09/2008
Aujourd’hui plus de la moitié de l’énergie consommée en France provient d’énergies fossiles. La
biomasse étant une ressource renouvelable et sa croissance fixant du carbone, il y a un fort enjeu
autour de sa valorisation sous forme d’énergie, de carburant et en construction. Par exemple, les
orientations politiques récentes en France prévoient de dynamiser la filière bois en augmentant de
35 % la récolte d’ici 2020. La réponse pourra se faire via de nouvelles cultures agricoles ou forestières
(comme des taillis à courte rotation) ou par la mobilisation de la ressource forestière en place.
Pour atteindre ces objectifs de production tout en respectant les équilibres écologiques dont la
biodiversité il faut pouvoir estimer la ressource disponible avec précision. A l’heure actuelle, il
n’existe pas de méthode simple et robuste qui permette d’obtenir la biomasse répartie en
compartiments d’usages différents (énergie, emballages, construction…) à partir des données de base
des inventaires forestiers. Mon projet de thèse s’inscrit dans cette problématique. On utilisera une
approche générique de modélisation de la répartition de la biomasse pour les principales essences
forestières françaises. Pour cela on se basera sur de riches bases de données, l’application étant ensuite
prévue aux données de l’Inventaire Forestier National. Par modélisation générique, on entend une
approche aussi unifiée que possible des différentes essences et robuste quant à ses applications.
La problématique scientifique peut se hiérarchiser ainsi :
i) Le passage des données d’inventaire à la biomasse doit-il être direct, ou est-il préférable de réaliser
le couplage de deux modèles qui permettent d’obtenir successivement le volume puis la biomasse ?
ii) De quelle manière la biomasse est-elle distribuée à l'intérieur de l'arbre ? Comment harmoniser les
modèles des différents compartiments de l’arbre ?
iii) Quelle démarche adopter pour identifier de véritables paramètres invariants ? Quels sont dans les
modèles existants les paramètres qui sont universels, ceux qui sont spécifiques, et ceux qui sont
variables entre stations, types de sylviculture, populations ?
Mots clé : Biomasse, carbone, modélisation, générique, robustesse.
Directeur de thèse : Jean-François Dhôte, INRA en détachement à l’ONF Fontainebleau.
Encadrant : Gilles Le Moguédec, INRA, UMR LERFoB, Nancy, France.
Fascicule de thèses du département Ecologie des Forêts, Prairies et milieux Aquatiques
Février 2007
170