Soutenance de thèse de Camille ROUET

Le mélange d'essences forestières, par rapport aux forêts monospécifiques, apparaît comme une solution pertinente face aux défis posés à la gestion sylvicole par le changement climatique. D'une part, la variabilité des réponses d'espèces différentes face à un environnement nouveau est source de stabilité. D'autre part, la diversité en essences apporte en moyenne une meilleure productivité primaire (appelée overyielding), ainsi qu'une résistance généralement améliorée face aux perturbations biotiques et abiotiques. Cependant, nos connaissances quant à la relation entre diversité et fonctionnement en forêt sont encore insuffisantes pour anticiper précisément les dynamiques futures et les risques associés aux peuplements mélangés. En particulier, le rôle de l'indice foliaire dans l'overyielding et les capacités de résistance à la sécheresse des mélanges sont mal connus. Utilisant la hêtraie-sapinière comme modèle (Fagus sylvatica L. et Abies alba Mill. ; un mélange dominant à l'étage montagnard dans les Alpes), j'ai évalué l'effet des interactions interspécifiques sur l'indice foliaire, la compétition aérienne, la productivité et le déficit hydrique. D'une part, je me suis appuyé sur le LiDAR terrestre, en mettant en œuvre une campagne de mesures suivant un dispositif de comparaison de placettes monospécifiques et en mélange. Nos résultats montrent que, contrairement à nos hypothèses, le mélange réduit l'indice foliaire. Cependant, le mélange accroît bien la productivité et réduit la compétition pour la lumière. De plus, il améliore l'efficacité d'interception de la lumière, ce qui indique une complémentarité dans l'usage de l'espace aérien entre le hêtre et le sapin. D'autre part, j'ai développé un modèle de croissance individu-centré et basé sur les processus afin de simuler le fonctionnement des mélanges forestiers. Ce nouveau modèle, PDG-Arena, est construit sur la base du modèle écophysiologique CASTANEA, et simule la compétition pour l'eau et pour la lumière. Dans nos simulations, le mélange induit une augmentation de l'absorbance, de la productivité et de la transpiration, ce qui accroît le déficit hydrique. Le mélange a un effet très positif sur la productivité et la transpiration du hêtre, mais un effet négatif sur celles du sapin. De plus, la densité accroît les effet positifs et négatifs du mélange. Enfin, nos simulations indiquent que le déficit hydrique limite l'overyielding lié au mélange. Les simulations, ignorant l'effet du mélange sur l'indice foliaire, tendent à montrer que le mélange induirait un risque de stress hydrique en accroissant le rayonnement absorbé. Cependant, nos mesures de LiDAR terrestre indiquent que le mélange est également susceptible de réduire l'indice foliaire, tout en améliorant l'efficacité d'interception de la lumière, ce qui pourrait contribuer à une réduction de la transpiration, notamment résiduelle. Ainsi, ce travail montre qu'il est nécessaire d'appréhender la multiplicité des processus écophysiologiques pour évaluer la relation entre diversité et fonctionnement en forêt. PDG-Arena est un outil pertinent pour mener une telle étude et anticiper la réponse des mélanges au changement climatique.

Mixed-species forests, compared to monospecific forests, emerge as a promising solution to the challenges posed by climate change to forestry. On one hand, the variability in species responses to a novel environment provides stability. On the other hand, species diversity brings, on average, better primary productivity (called overyielding), as well as generally improved resistance to biotic and abiotic disturbances. However, our knowledge of the relationship between diversity and forest functioning is still insufficient to accurately anticipate future dynamics and risks associated with mixed stands. In particular, the role of the Leaf Area Index (LAI) in overyielding and the drought resistance capacities of mixtures are uncertain. Focusing on the beech-fir mixture (Fagus sylvatica L. and Abies alba Mill. ; a dominant ecosystem of the Alps montane level), I assessed the effect of interspecific interactions on LAI, aerial competition, productivity and water deficit. On the one hand, I relied on Terrestrial Laser Scanning (TLS), conducting measurements in a design comparing monospecific and mixed-species plots. Our results show that, contrary to our hypotheses, species mixing reduces LAI. However, mixing does increase productivity and reduces competition for light. In addition, it improves light interception efficiency, indicating a complementarity in the use of the aerial space between beech and fir. Furthermore, I have developed an individual-based and process-based forest growth model to simulate the functioning of mixed stands. This new model, PDG-Arena, builds upon the ecophysiological model CASTANEA and simulates competition for both water and light. In our simulations, species mixing induces an increase in absorbance, productivity and transpiration, which in turn increases water deficit. Species mixing has a strong positive effect on beech productivity and transpiration, but a negative effect on those of fir. Moreover, density increases both the positive and negative effects of mixing. Finally, our simulations indicate that water deficit limits the overyielding associated with species mixing. The simulations, ignoring the effect of species mixing on LAI, tend to show that mixtures could induce a risk of water stress by increasing absorbed radiation. However, our TLS measurements indicate that species mixing is also likely to reduce LAI, while improving light interception efficiency, potentially leading to a reduction in residual transpiration. Thus, this work highlights the necessity of considering multiple ecophysiological processes to evaluate the relationship between diversity and forest functioning. PDG-Arena is a relevant tool for conducting such studies and for anticipating the response of mixed stands to climate change.