Topic description
La phénologie foliaire est l'étude des facteurs et de la dynamique du débourrement, du déploiement, de la maturation et de la sénescence des feuilles. C'est un déterminant majeur des échanges de carbone, d'eau et d'énergie entre les forêts et l'atmosphère. En agissant directement sur de nombreux processus biologiques et biophysiques clés, la temporalité de la présence et de l'absence des feuilles impacte la production de biomasse, le climat local, la structure des communautés ou bien la résilience des forêts. Cependant, les changements globaux et les évènements climatiques extrêmes associés bouleversent ces processus et amènent des anomalies telles que l'augmentation des gels tardifs au printemps, des pertes de feuilles en été dues à la sécheresse, ainsi que des développements de nouvelles feuilles en plein hiver.
Les approches actuelles se basent généralement sur un lien empirique entre la phénologie des feuilles observée et la température de l'air standardisée (le macroclimat). Cela ne permet pas de capturer les conditions réelles ressenties par les arbres (le microclimat), ni les interactions entre la dynamique foliaire et les processus écophysiologiques sous-jacents (e.g. photosynthèse, transpiration). La stratégie fonctionnelle des espèces est par ailleurs très largement omise dans ces approches macroclimatiques quand bien même nous observons des différences inter-espèces substantielles dans un environnement donné (e.g. forêt mixte) liés à leur dynamique phénologique (espèces précoces vs tardives), le coût de construction et la longévité des feuilles, la remobilisation de nutriments avant la sénescence ou par décomposition de la litière, etc. Il en résulte des modèles peu robustes pour prédire les stades phénologiques d'émergence et de senescence des feuilles. Enfin, les évènements comme les défoliations induites par les stress ou les débourrements secondaires, en augmentation avec les changements globaux, sont rarement représentés dans ces modèles. Cela se traduit par un biais d'interprétation de la dynamique foliaire ainsi que de la réponse des arbres au réchauffement climatique. Les modèles de végétation tels que ceux utilisés pour étudier le cycle du carbone et la résilience des forêts se retrouvent avec de grandes incertitudes.
Ce projet de thèse a pour objectif de combler ces manques en étudiant les interactions entre la température microclimatique, l'activité (gestion des réserves carbonées, de l'eau, des nutriments) et la dynamique phénologique des feuilles des espèces d'arbres tempérés Européennes à différentes échelles (feuille, individu, écosystème) en lien avec leur stratégie fonctionnelle. En combinant des expérimentation, des mesures et observations in situ, des données d'imagerie visible et de température de surface (réseau de caméras, télédétection satellitaire) et de la modélisation de processus, ce projet permettra 1) de quantifier le rôle de la température foliaire sur le contrôle de la croissance et de la senescence des feuilles, 2) d'étudier les liens entre température, activité foliaire et le processus de senescence pour différentes conditions environnementales 3) de quantifier comment les stresses thermiques et hydriques influencent les processus de croissance et de sénescence foliaire.
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Leaf phenology is the study of the drivers and dynamics of leaf bud burst, unfolding, maturation and senescence. It plays a key role in carbon, water and energy exchanges between forests and the atmosphere. By directly affecting many key biological and biophysical processes, the timing of leaf presence and absence impacts biomass production, local climate, community structure and forest resilience. However, global changes and associated extreme weather events are disrupting these processes, leading to anomalies such as increased late spring frosts, summer leaf loss due to drought/heat, and the development of new leaves in the middle of winter.
Current approaches establish an empirical link between leaf phenology and standardised air temperature (the macroclimate). This does not capture the actual conditions experienced by trees (the microclimate), nor the interactions between leaf dynamics and underlying ecophysiological processes (e.g. photosynthesis, transpiration). The functional strategy of species is also largely overlooked in these approaches, even though we observe substantial inter-species differences in a given environment (e.g. mixed forest) related to their phenological dynamics (early vs. late species), the cost of construction and longevity of leaves, the remobilisation of nutrients before senescence or through litter decomposition, etc. This results in poor models for predicting the phenological stages of leaf emergence and senescence. Extrem events such as stress-induced defoliation or secondary flushing are rarely represented in these models, even though their frequency is increasing with global change. This leads to a bias in the interpretation of leaf dynamics and tree response to global warming. Vegetation models such as those used to study the carbon cycle and forest resilience are therefore subject to considerable uncertainty.
This thesis project aims to fill this gap by studying the interactions between temperature, activity (carbon, water and nutrient management) and the phenological dynamics of the leaves of European temperate tree species at different scales (leaf, individual, ecosystem) in relation to their functional strategy. By combining in situ measurements, experiments and observations, visible imaging and surface temperature data (camera network, satellite remote sensing) and process modelling, this project will 1) quantify the role of leaf temperature in controlling leaf growth and senescence, 2) study the links between temperature, leaf activity and the senescence process under different environmental conditions 3) quantify how thermal and water stresses influence leaf growth and senescence processes.
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Début de la thèse : 01/09/
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Contrat doctoral INRAE
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