Contrôle climatique de la disponibilité en eau et du stress hydrique des arbres ripicoles

Impacts of dynamic, climate-driven water availability on tree water use and stress

• Auteur / Autrice : Pierre Lochin
• Direction : Hervé Piégay
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Géographie, spécialité Aménagement Urbanisme
• Date : Soutenance le 03/07/2024
• Etablissement(s) : Lyon, École normale supérieure
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences sociales (Lyon ; 2007-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Environnement, ville, société (Lyon ; 1995-....)
• Jury : Président / Présidente : Laurence Hubert-Moy
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Hervé Piégay, Laurence Hubert-Moy, Johannes Steiger, Patricia María Rodríguez González, Simon Dufour, Michael Bliss Singer
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Laurence Hubert-Moy, Johannes Steiger

Mots clés

Mots clés contrôlés

Rhône (cours d'eau)

Thermographie

Télédétection

Forêts ripicoles

Mots clés libres

Forêt riveraine

Télédétection

Contrôles hydroclimatiques

Stress hydrique

Rhône

Infrarouge thermique

Riparian forest

Remote sensing

Hydroclimatic controls

Water stress

Rhône

Thermal infrared

Résumé

L'élévation des températures mondiales et ses répercussions sur la disponibilité en eau accentuent la vulnérabilité des forêts riveraines, qui jouent pourtant un rôle essentiel dans la résilience des hydrosystèmes fluviaux face au changement climatique. En analysant les variations des communautés végétales, que ce soit au travers de leur répartition, leur santé ou leur phénologie, tout en examinant les facteurs potentiels qui les contrôlent, il est possible d’en tirer des informations cruciales sur leurs trajectoires probables en contexte climatique non stationnaire. Ainsi, il devient impératif d'approfondir notre compréhension des liens entre les facteurs régissant la disponibilité en eau et les réponses de la végétation riveraine, afin d’améliorer nos pratiques de gestion et de restauration de ces milieux et de favoriser leur résilience sur le long terme. Ce travail de recherche apporte des éléments de réponse à ces enjeux au travers de deux principales échelles d’analyses géographiques et de l’utilisation d’outils de télédétection. Dans cette thèse, nous avons exploré le rôle des contrôles hydroclimatiques sur la disponibilité en eau des forêts riveraines le long du corridor fluvial du Rhône, qui est un terrain d’étude idéal en raison de son orientation nord-sud. Cette orientation permet d’observer un gradient de situations du fait de la variabilité climatique et hydrologique induite. Cette variabilité des conditions hydroclimatiques nous a permis d'évaluer l’impact du contexte hydroclimatique sur l’activité chlorophyllienne des peuplements riverains. Cette première approche globale, à l’échelle du corridor fluvial du Rhône, a révélé une forte variabilité dans les contrôles hydroclimatiques influençant les peuplements riverains, avec une dépendance accrue à la disponibilité en eau observée dans les régions méridionales. Mais cette échelle d'analyse a également souligné le rôle potentiel des conditions locales en tant que facteurs modulant la résilience des peuplements riverains. Ainsi, notre seconde échelle d’analyse spatiale, l’échelle d’un peuplement riverain, a mis en évidence l’importance des conditions hydrogéomorphologiques locales dans la résilience des arbres riverains face au stress hydrique. Toutefois, nous avons aussi montré que les réponses des individus peuvent être spécifiques aux espèces, car deux espèces co-occurrentes typiques des écosystèmes ripariens ont des réponses contrastées aux contrôles hydroclimatiques et aux conditions locales. Cette caractérisation des réponses à la disponibilité en eau nous a permis de créer un indicateur basé sur la télédétection pour détecter les peuplements affectés par un déficit en eau. Enfin, nous avons relié ces deux échelles spatiales afin de caractériser le comportement d’une espèce ligneuse riveraine face à la sécheresse, via une combinaison d’outils et d’échelles de mesures liant observations satellitaires, mesures aéroportées d’imagerie thermique infrarouge et mesures écophysiologiques in situ.Ce travail a contribué à mieux préciser les liens entre les contrôles hydroclimatiques de la disponibilité en eau et les réponses écophysiologiques et morphologiques des arbres riverains. Il a aussi permis de mieux comprendre le rôle des conditions locales pour atténuer l’effet des conditions climatiques changeantes. Ces résultats éclairent les gestionnaires de ces espaces dans la mise en œuvre des politiques de préservation et de restauration des peuplements riverains.

Rising global temperatures and their impact on water availability are increasing the vulnerability of riparian forests, which play an essential role in the resilience of fluvial hydrosystems in the face of climate change. By analyzing variations in plant communities, whether in terms of their distribution, health, or phenology, while examining the potential factors controlling them, it is possible to derive crucial information on their likely trajectories in a non-stationary climate context. Thus, it becomes imperative to deepen our understanding of the links between the factors governing water availability and riparian vegetation responses to improve our management and restoration practices for these environments and foster their resilience over the long term. This thesis provides answers to these challenges through two main scales of geographical analysis and the use of remote sensing tools.In this thesis, we explored the role of hydroclimatic controls on water availability in riparian forests along the Rhône River corridor, which is an ideal study area because of its north-south orientation. This orientation provides the opportunity to study a gradient of situations due to induced climatic and hydrological variability. This variability in hydroclimatic conditions enabled us to assess the impact of the hydroclimatic context on the chlorophyll activity of riparian stands. This first global approach, on the scale of the Rhône River corridor, revealed a high degree of variability in the hydroclimatic controls influencing riparian stands, with an increased dependence on water availability observed in southern regions. This scale of analysis also highlighted the potential role of local conditions as factors modulating riparian stand resilience. Thus, our second spatial analysis scale, the riparian stand scale, highlighted the importance of local hydrogeomorphological conditions in the resilience of riparian trees to water stress. However, we also showed that individual responses can be species-specific, as two co-occurring species typical of riparian ecosystems have contrasting responses to hydroclimatic controls and local conditions. This characterization of responses to water availability enabled us to create a remote sensing-based indicator to detect stands affected by water deficits. Finally, we linked these two spatial scales to characterize the behavior of a riparian woody species in the face of drought using a combination of tools and measurement scales linking satellite observations, airborne infrared thermal imaging, and in situ ecophysiological measurements.This thesis provides a better understanding of the links between hydroclimatic controls on water availability and the ecophysiological and morphological responses of riparian trees. It has also led to a better understanding of the role of local conditions in mitigating the effects of changing climatic conditions. These results will help managers of these areas to implement policies to preserve and restore riparian stands.