Apports de l'étude multiscalaire des dynamiques spatiales des renouées asiatiques (Reynoutria spp.) pour l'amélioration de la gestion

The study of the spatial dynamics of Asian knotweeds (Reynoutria spp.) across scales and its contribution for management improvement

• Auteur / Autrice : François-Marie Martin
• Direction : André Evette
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Modèles, méthodes et algorithmes en biologie, santé et environnement
• Date : Soutenance le 11/06/2019
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale ingénierie pour la santé, la cognition, l'environnement (Grenoble ; 1995-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Ecosystèmes et sociétés en montagne (Grenoble)
• Jury : Président / Présidente : Jake Alexander
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jana M Müllerová, Laure Gallien, Claude Lavoie, Fanny Dommanget
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Jake Alexander, Cendrine Mony

Mots clés

Mots clés contrôlés

Végétation -- Télédétection

Polygonum multiflorum

Mots clés libres

Reynoutria spp (Fallopia spp)

Ecologie des invasions

Ecologie spatiale

Clonalité

Télédétection

Gestion

Reynoutria spp (Fallopia spp)

Invasion ecology

Spatial ecology

Clonality

Remote sensing

Management

Résumé

Bien moins médiatisées que la déforestation ou le changement climatique, les invasions biologiques n’en demeurent pas moins problématiques pour la conservation de nombreux écosystèmes ou le bon déroulement de nombreuses activités socio-économiques.Comprendre la façon dont les espèces exotiques envahissantes s’étendent dans les différents milieux qu’elles colonisent c’est permettre à la fois de mieux appréhender leurs impacts, de pouvoir de prédire leur expansion, et de trouver les endroits stratégiques où agir pour contrer ou atténuer les effets indésirables de ces espèces. Le problème est que dynamiques d’invasions d’une espèce regroupent en fait une hiérarchie de processus se produisant simultanément à différentes échelles spatiotemporelles et qui sont contrôlés par des facteurs qui changent en fonction du temps et du contexte d’invasion. Pour acquérir une compréhension profonde de ces dynamiques, il faut donc étudier leurs manifestations et leurs causes aux diverses échelles spatiales et temporelles auxquelles elles se produisent.Présentes sur les cinq continents et très envahissante sur au moins deux, les renouées asiatiques (Reynoutria spp.) sont reconnues comme faisant partie des espèces les plus invasives de la planète. Dotées d’une grande tolérance environnementale et d’importantes capacités de multiplication végétatives, ces plantes herbacées géantes peuvent former rapidement de grandes monocultures clonales qui excluent les autres espèces végétales, modifient les cycles biogéochimiques des zones envahies et perturbent diverses activités anthropiques. Cibles de campagnes de gestion depuis des décennies, elles affichent cependant une résilience insolente qui désespère de nombreux gestionnaires. Bien que très étudiées, de nombreux détails concernant leurs dynamiques nous échappent toujours. Dans ce travail de thèse, nous avons donc cherché à identifier quels sont les facteurs qui contrôlent les dynamiques spatiotemporelles des renouées à différentes échelles, et comment une meilleure compréhension de ces dynamiques clés pourrait profiter à leur gestion ?Pour ce faire, nous nous sommes donc d’abord intéressés à leur dynamiques clonales et à leurs variations en fonction de différentes conditions de stress (ombrage) ou de perturbation (fauchage répétée). Nous avons montré que si les renouées sont bien affectées par des conditions stressantes ou perturbées, cela ne les empêche ni de s’établir, ni de croître. En fait, les renouées semblent pouvoir adopter différentes stratégies de croissance pour pallier ces contraintes, soulevant différentes questions liées à la gestion. Dans une deuxième étude, nous avons cherché quels étaient les variables qui expliquaient l’expansion des taches de renouées le long d’un gradient altitudinal. Si nous avons montré que les dynamiques d’expansion des taches étaient principalement contrôlées par leur taille (et donc potentiellement leur âge) ainsi que par la proximité de routes et de rivières, nous avons également apporté des indices qui suggèrent que les renouées pourraient être potentiellement capables d’envahir les montagnes. Ensuite, pour tenter d’aider à résoudre le problème de l’acquisition des données de distribution des renouées à large échelle, nous avons développé une méthode pour détecter et cartographier les populations de renouées à partir d’images satellites et issues de drones. Notre méthode a montré des résultats encourageants et celle-ci pourrait être utile à l’étude des invasions ainsi qu’à la détection des nouveaux foyers d’invasion pour une gestion plus précoce et efficace des renouées.Enfin, nous avons tenté de dresser un portrait global de la compréhension actuelle des dynamiques d’invasion des renouées en réalisant, en guise de discussion, une grande revue de littérature sur les mouvements de ces plantes à travers les échelles spatiales et temporelles et en y intégrant les apports des autres travaux de cette thèse.

Although less mediatized than deforestation or climate change, biological invasions remain problematic for the conservation of many ecosystems and the maintenance of various socio-economical activities.Understanding the way invasive non-native species spread in their introduced range is enabling a better apprehension of their impacts, the possibility to predict their expansion, and the development of better management strategies. A problem is that a species invasion dynamics are actually composed of a hierarchy of processes occurring simultaneously at various spatiotemporal scales and which are controlled by drivers that are time- or context-dependent. To gain more profound insights into these dynamics, one has to study the patterns they create and their underlying processes at all relevant scales.Occurring on the five continents and highly invasive on at least two of them, Asian knotweeds (Reynoutria spp.) are acknowledged as being among the most invasive species in the world. Gifted with a large environmental tolerance and high abilities for vegetative multiplication, these giant herbaceous plants can quickly form large clonal monocultures that exclude the other plant species, modify biogeochemical cycles, and affect various anthropic activities. Target of management campaigns for decades, knotweeds display an insolent resilience to the great despair of many stakeholders. Despite having been extensively studied, many aspects of their dynamics are still elusive. Consequently, in this thesis, we have tried to highlight what the drivers of the spatiotemporal dynamics of knotweeds across scales are, and how their management could benefit from a better understanding of these dynamics?To answer these questions, we first focused our attention on the clonal dynamics of knotweeds and on their variations when they experience differing conditions in terms of light availability and disturbance (repeated mowing). We have shown that although shade or mowing affects the vigour and the development of clones, it does not prevent their establishment or their growth. In fact, knotweeds seem able to adopt different growth strategies to cope with environmental heterogeneity, suggesting some management avenues. In a second study, we tried to identify the drivers that controlled the expansion of knotweed stands along an elevational gradient. If we showed that the lateral expansion of stands is mostly constrained by their size (and thus, possibly their age) and the vicinity of roads and rivers, we also brought evidences that knotweeds could have the potential to invade mountain regions. Then, to help for the acquisition of large-scale datasets on knotweeds’ distribution, we developed a procedure to accurately detect and map knotweeds using satellite or drone imagery. Our results were quite encouraging and could be useful to both the basic research and to the detection of newly invaded areas, enabling earlier control operations and more efficient management.Finally, we tried to draw a full picture of the current knowledge on the invasion dynamics of knotweeds by reviewing the literature on the movement of these plants across spatial and temporal scales, to discuss and expand the reach of the insights gained in the various chapters of this thesis.