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Résumé:

Les changements climatiques, induisant une aggravation des sécheresses, menacent l’intégrité des écosystèmes forestiers. La vulnérabilité des forêts face aux sécheresses est multifactorielle et parmi les facteurs impliqués, le rôle de la plasticité des traits de tolérance à la sécheresse ou encore du mélange interspécifique restent encore à définir. Le but de ma thèse a été d’étudier les effets de la plasticité phénotypique et du mélange d’espèces sur la vulnérabilité des espèces à la sécheresse. Mes recherches se sont focalisées sur le pin Alep, le chêne vert et le chêne pubescent, trois espèces parmi les plus abondantes du bassin méditerranéen. Dans une première partie, j’ai montré l’intérêt de considérer le fonctionnement hydraulique des plantes, pour déterminer leur vulnérabilité à la sécheresse. Dans une seconde partie, j’ai étudié la plasticité phénotypique de traits hydrauliques clés, en réponse à des expérimentations d’exclusion de pluies in situ. Aucun ajustement n’est observé chez les chênes pubescents, pour qui il nécessaire de poursuivre les recherches. Chez les chênes verts, on reporte une réduction de la vulnérabilité à la cavitation et du point de perte de turgescence. A cela s’ajoute une diminution de la surface foliaire, également observée chez les pins d’Alep, et identifiée comme responsable de la réduction durable de la transpiration. Les simulations effectuées avec le modèle SurEau, seulement pour le chêne vert, suggèrent que la diminution de la vulnérabilité résulte principalement de l’ajustement de la surface foliaire. Enfin, dans une troisième partie, j’ai étudié le rôle du mélange d’espèces adoptant des stratégies de réponse à la sécheresse contrastées, sur leur vulnérabilité hydraulique. A travers une expérimentation en serre, j’ai montré que l’association entre pin d’Alep et chêne vert, était neutre (pas de réduction du stress hydrique) pour le premier et positive pour le dernier (réduction du stress hydrique). En conclusion, via la plasticité phénotypique, les arbres semblent capables de réduire leur vulnérabilité hydraulique face à des stress hydriques aggravés. Favoriser des peuplements mélangés d’espèces adoptant des comportements de réponse à la sécheresse différents semble pertinent pour réduire davantage les risques de défaillance hydraulique.

Abstract:

Climate change, leading to aggravated drought, threatens the integrity of forest ecosystems. The vulnerability of forests to drought is multifactorial and among the factors involved, the role of the plasticity of traits involved in drought tolerance as well as for species mixture, remain to be defined. The aim of this thesis was to study the effects of phenotypic plasticity and species mixing on the vulnerability of species to drought. My research focused on Aleppo pine, holm oak and downy oak, three of the most abundant species in the Mediterranean basin. In a first part, I showed the interest of characterizing traits involved in the hydraulic functioning of plants, to determine their vulnerability to drought. In a second part, I studied the phenotypic plasticity of key hydraulic traits in response to in situ rainfall exclusion experiments. No adjustments were observed in pubescent oaks, for which further research is needed. In holm oaks, a reduction in vulnerability to cavitation and of turgor loss point was reported. In addition, a decrease in leaf area, also observed in Aleppo pines, was identified as being responsible for the durable reduction of transpiration. Simulations performed only for holm oak with the Sur-Eau model, suggest that the decrease in vulnerability results mainly from the adjustment of leaf area. Finally, in a third part, I studied the role of mixing species having contrasting drought response strategies on their hydraulic vulnerability. Through a greenhouse experiment, I showed that the association between Aleppo pine and holm oak was neutral (no reduction of water stress) for the former and positive for the latter (reduction of water stress). In conclusion, via phenotypic plasticity, trees seem to be able to reduce their hydraulic vulnerability to aggravated water stress. Favouring mixed stands composed of species adopting different drought response behaviour seems relevant to further reduce the risk of hydraulic failure.

Membres Jury :

Stéphane HERBETTE Rapporteur MC Univ. Clermont Auvergne

Damien BONAL Rapporteur DR INRAE-SILVA

Christine DELEUZE Examinatrice CR ONF

Thierry GAUQUELIN  Examinateu PR IMBE

Hendrik DAVI  Directeur de thèse  DR INRAE-URFM

Nicolas MARTIN Co-directeur de thèse CR INRAE-URFM

Guillaume SIMIONI   Encadrant de thèse  CR INRAE-URFM

Miriam BUITRAGO  Invitée Ingénieure ADEME