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Etude des stratégies biomécaniques de croissance des jeunes arbres en peuplement hétérogène tropical humide, Study of the biomechanical strategies of saplings growth in a tropical rain forest

De
218 pages
Sous la direction de Meriem Fournier
Thèse soutenue le 17 décembre 2007: Nancy 1
Le fonctionnement des écosystèmes repose sur la diversité fonctionnelle, complément de la diversité spécifique. En forêt tropicale humide, les jeunes arbres croissent en sous-bois dense et stratifié. Cette thèse porte sur la diversité de réalisation de la fonction biomécanique de soutien. Les hypothèses sont que la «course» vers les strates plus éclairées contraint la sécurité mécanique des jeunes arbres, avec de nécessaires économies de matière et recours à des processus de réparation (gravitropisme) et d’acclimatation (mécanoperception et réponse), et que la diversité est donc structurée par le besoin en lumière et l’affinité pour le risque des espèces. Avec un échantillon de 16 espèces sur le dispositif de Paracou, des traits fonctionnels pertinents – risque de non-autoportance et performance gravitropique - sont définis au travers de modélisations adaptées qui combinent forme des troncs, répartition des masses et propriétés du bois. Ces traits varient entre espèces mais aussi avec le développement et l’environnement des arbres. Ces variations sont dues aux variations des traits élémentaires (forme, masses, bois) avec de forts effets géométriques. Les espèces les moins autoportantes (faible sécurité) ont les plus fortes performances gravitropiques. Ce sont aussi les plus demandeuses de lumière. Une espèce Tachigali melinonii se distingue par de forts élancements et une fréquente non-autoportance laissant supposer une adaptabilité forte à l’environnement mécanique. Une expérimentation (réponse de croissance au tuteurage) n’a cependant pas abouti aux résultats supposés puisque c’est au contraire l’espèce à faible risque, Dicorynia guianensis, qui s’est montrée plus réactive.
-Gravitropisme
The functioning of ecosystems is based on the functional diversity, which is the complement to the species diversity. In the tropical rain forest, the saplings grow in the dense and stratified understorey. This thesis deals with the diversity of realisation of the support function by the saplings in this context. The hypotheses are that the race through higher and so brighter levels constrains the mechanical security of the saplings with necessary biomass saving and need of reorientation (gravitropism) and acclimation (mecanoperception and response) processes and that diversity is thus structured by the species light-demand and affinity for the risk. Using a wide sample of 16 species, at the Paracou station, relevant functional traits - risk of not-self-supporting and gravitropic performance - are defined through adapted modellings which combine trunk shape, biomass distribution and wood properties. The traits values vary between species and also with ontogeny and saplings environment. These variations are due to elementary traits (shape, biomass, wood) with strong geometrical effects. The less self-supporting species (low mechanical security) have the highest gravitropic performances and are also the most light-demanders. A species, Tachigali melinonii, distinguishes itself by strong slendernesses and a frequent not-self-supporting habit letting suppose a strong adaptability to its mechanical environment. An experiment (growth response to staking), however, did not provide the expected results whereas the species with lower risks, Dicorynia guianensis, reacted more.
Source: http://www.theses.fr/2007NAN10118/document
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Faculté des Sciences et Techniques - UFR Sciences et Techniques Biologiques
Ecole Doctorale Ressources, Procédés, Produits et Environnement


Thèse
Présentée pour l’obtention du titre de
Docteur de l’Université Henri Poincaré, Nancy I
en Biologie Végétale et Forestière
par Gaëlle JAOUEN


Etude des stratégies biomécaniques de croissance des
jeunes arbres en peuplement hétérogène tropical humide

Soutenue publiquement le 17 décembre 2007


Devant le jury composé de
Président M. Daniel Epron Professeur, Université Nancy I
Rapporteurs M. Bruno Moulia Directeur de recherche, INRA, Clermont-Ferrand
M. Nick Rowe Directeur de recherche, CNRS, Montpellier
Examinateurs Mme Meriem Fournier Professeur, AgroParisTech, Nancy
(Directrice de thèse)
M. Tancrède Alméras Chercheur contractuel, INRA, Kourou
M. Thomas Speck Professeur, Université de Freiburg, Allemagne
___________________________________________________________________________
UMR Ecologie des Forêts de Guyane, 97300 Kourou, Guyane française
UMR Laboratoire d’Etude des Ressources Forêt-Bois, 54000 Nancy









“Vous abattez des arbres pour construire des asiles afin d’abriter les
gens qui sont devenus fous de ne plus jamais voir d’arbres”

James Thurber




A Manu,
Pour son amour, son intelligence, son humour, son soutien, sa patience…pour tout ce qu’il est
et tout ce qu’il représente pour moi…




A Meriem,
Pour tout…




A mes parents,
Pour leur indéfectible soutien et leur présence à tout moment…




Et à tous ceux dont j’ai croisé le chemin avant et pendant ma thèse et qui savent que, sans
eux, je n’y serais pas arrivée…









Table des matières

Introduction générale.................................................................................................................. 1
1. Les forêts tropicales humides comme objet d’étude .......................................................... 1
2. La biodiversité et l’intérêt d’étudier la diversité fonctionnelle .......................................... 2
3. Les traits fonctionnels et les stratégies écologiques des espèces ....................................... 3
4. Les arbres, des organismes géants et longévifs.................................................................. 3
5. La biomécanique pour étudier sécurité « passive » de la structure et réactions au
microclimat mécanique .......................................................................................................... 4
6. Le choix du stade juvénile.................................................................................................. 5
7. Construction de ce travail de thèse..................................................................................... 7
7.1 Les hypothèses ............................................................................................................. 7
7.2 Les questions................................................................................................................ 8
7.3 Les objectifs... 8
7.4 L’organisation du manuscrit......................................................................................... 9
Chapitre I : Synthèse bibliographique...................................................................................... 13
1. Contexte environnemental................................................................................................ 13
1.1. La forêt tropicale humide : des écosystèmes emblématiques pour la protection de la
nature................................................................................................................................ 13
1.1.1. Situation géographique et types forestiers ......................................................... 13
1.1.2. Caractéristiques macro- et microclimatiques ..................................................... 14
1.2. La Guyane française.................................................................................................. 17
1.3. La station de Paracou 17
1.3.1. Histoire et situation géographique...................................................................... 18
1.3.2. Mise en place du dispositif................................................................................. 20
1.3.3. Utilisation du dispositif dans ce travail.............................................................. 21
2. Diversité fonctionnelle et stratégies écologiques, éléments généraux d’écologie ........... 23
2.1. La diversité fonctionnelle à la base de l’étude des écosystèmes et des communautés
.......................................................................................................................................... 23
2.2. Les traits, éléments de base de l’étude de la diversité fonctionnelle......................... 24
2.3. Trade-offs, syndromes de traits et stratégies écologiques......................................... 25
2.4. L’exemple de la tolérance à l’ombre pour les arbres de forêt tropicale humide....... 30
3. Caractéristiques de la fonction de soutien chez les arbres, géants végétaux. Eléments de
biomécanique utiles avant d’aborder la question des stratégies écologiques et de la diversité
fonctionnelle biomécanique. ................................................................................................ 34
3.1. La mécanique appliquée aux arbres .......................................................................... 34