Modélisation écophysiologique de la phénologie des feuilles et du bois dans les forêts tempérées et boréales

La phénologie joue un rôle crucial dans le fonctionnement des plantes et les services écosystémiques. La recherche sur la phénologie des arbres est très active, et je me suis attaché dans cette thèse à traiter des questions rarement abordées par la communauté, relatives à la représentation de la variabilité intra-populationnelle de la phénologie, et à la phénologie de formation du bois. À ce jour, la plupart des études phénologiques se sont concentrées sur la phénologie des feuilles à l'échelle des populations, en négligeant les organes non foliaires, tels que le bois et la variabilité entre les individus. Ces lacunes dans les connaissances posent des défis pour prédire avec précision les réponses phénologiques des arbres au changement climatique. Dans cette thèse, j'ai développé le premier modèle phénologique visant à simuler la variabilité intra-populationnelle (WPV) du débourrement dans des populations d'arbres (Chapitre II). Le modèle WPV a été calibré et évalué à l'aide de 48 442 observations de débourrement, collectées entre 2000 et 2022 pour trois espèces d'arbres feuillus tempérés : le charme (Carpinus betulus), le chêne (Quercus petraea) et le châtaignier (Castanea sativa). Les simulations rétrospectives couvrant la période de 1961 à 2022 ont montré un avancement de la date de débourrement en réponse au réchauffement climatique en cours (Chapitre II). De plus, le modèle WPV a été utilisé pour simuler les tendances des dommages causés par les gelées tardives au printemps au cours des six dernières décennies. Les résultats ont montré une diminution générale de la fréquence et de l'ampleur des dommages causés par les gelées tardives dans les populations de chêne à travers la France, en raison de l'avancée plus rapide du dernier gel de printemps par comparaison à l’avancée de la date de débourrement. Il est important de noter que les tendances de la fréquence et de l'ampleur des dommages causés par les gelées tardives au printemps ne sont pas cohérentes (Chapitre III). Au-delà de la phénologie des feuilles, j'ai calibré et validé un modèle de phénologie du bois prédisant la date d’arrêt de l'élargissement des cellules du xylème (cE), en utilisant la base de données GLOBOXYLO, qui documente l'occurrence des stades phénologiques de la formation du bois (Chapitre IV). Cette étude a porté sur trois espèces de conifères de l'hémisphère Nord, à savoir le pin sylvestre (Pinus sylvestris L.), l'épicéa commun (Picea abies Karst) et l'épinette noire (Picea mariana Mill.), totalisant 718 observations de cE sur 130 site-années. Le modèle a montré de bons résultats pour toutes les espèces, avec une erreur quadratique moyenne de 9,2 ± 1,3 jours. Les résultats indiquent que la température et la photopériode jouent un rôle crucial dans la cessation de la croissance des tiges chez l'épicéa commun et l'épinette noire. Cependant, pour le pin sylvestre, seule la température semble avoir une influence significative. De plus, des facteurs ontogénétiques, tels que le nombre total de cellules du cerne, ont également été identifiés comme influençant la cessation de la croissance des tiges pour toutes les espèces de conifères étudiées (Chapitre IV). Enfin, j'ai intégré un modèle complet de la phénologie de formation du bois, incluant un module simulant la reprise printanière de formation du bois (Delpierre et al., 2019) et le modèle de cessation de la phénologie du bois développé dans le Chapitre IV, dans CASTANEA, un modèle mécaniste de fonctionnement des forêts. Les résultats ont révélé des différences significatives dans les prédictions de croissance du bois en fonction de la définition de la période de croissance du bois. Cela souligne l'importance d'incorporer des modèles de phénologie du bois dans les modèles d'écosystèmes terrestres pour utiliser des estimations fiables de la durée de croissance du bois, et améliorer les estimations de biomasse produite et de carbone séquestré par les forêts (Chapitre V).