Déterminismes géomorphologique et fonctionnels de la distribution des plantes dans les milieux d'altitude : essai d'éco-géomorphologie. Implications et applications pour la restauration de la biodiversité des pistes de ski

par Francis Isselin-Nondedeu

Thèse de doctorat en Biologie. Écologie

Sous la direction de Alain Bedecarrats et de Pierre Auger.

Soutenue en 2005

à l'Université Joseph Fourier (Grenoble) .

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  • Résumé

    La restauration des milieux d'altitude dégradés se déroule dans des conditions où à la fois la végétation, le sol et le relief ont été profondément perturbés. En conséquence, la restauration échoue souvent à rétablir une structure et un fonctionnement proche de celui des écosystèmes naturels. Même si en montagne, il est reconnu que la végétation s'organise en fonction des variations du relief, les mécanismes en jeu restent méconnus. C'est pourquoi afin de gérer au mieux l'installation et le maintien de la végétation, nous proposons un modèle explicatif qui relie les contraintes imposées par le relief à des caractéristiques adaptatives du fonctionnement des plantes. La mesure de traits fonctionnels des plantes, aux différents stades de leur vie, nous permet de déterminer ces caractéristiques. D'autre part, nous supposons que le relief induit une variation des contraintes climatiques, édaphiques, des interactions biotiques (compétition, prédation) mais aussi des contraintes liées aux processus gravitaires (érosion-sédimentation). Les études sont conduites dans le subalpin (la Plagne, Alpes du Nord) et le montagnard (le Saignon, Hautes Alpes). La première partie met en évidence une variation des traits biologiques des plantes impliqués dans la gestion des ressources, la réponse au pâturage et la régénération, en fonction d'un gradient méso-topographique. Celui ci détermine effectivement le régime des températures, les durées d'enneigement, les niveaux de ressources du sol et la fréquentation par les herbivores. La deuxième partie analyse les traits des plantes en relation avec les processus gravitaires. La pente détermine ainsi des mécanismes de dispersion des graines à la surface du sol. L'ampleur de ces déplacements va dépendre de la forme des graines, relative aux espèces, et de l'existence de pièges sur le sol. Ces pièges sont soit des accumulations de sédiments générés par la présence d'obstacles végétaux, soit des empreintes de sabots laissées par les grands herbivores. Les études réalisées dans la troisième partie, indiquent que ces mêmes pièges favorisent le recrutement des plantes. Cependant l'identification des plantules révèle que les graines ont été piégées différemment selon leur forme. Par ailleurs, une expérimentation met en évidence que la germination et la croissance des plantules constitue un trait de réponse déterminant pour la ségrégation des espèces dans les communautés en fonction de la nature des substrats géologiques. Enfin, la quatrième partie, analyse les traits des espèces en relation avec leur capacité compétitive, et montre par la modélisation et l'expérimentation que la distribution des plantes dans les communautés est liée à la disponibilité en ressource du sol et aux traits d'utilisation et de gestion de celle ci (surface spécifique foliaire, taille). En synthèse, l'étude se conclu par un essai d'éco-géomorphologie appliquée aux milieux d'altitude. Ce modèle enrichit la relation traits/environnements et espèces/habitats en reliant les traits de réponse et les traits d'effets des plantes aux processus géomorphologiques, et éclaire sur la création de nouvelles niches dans les milieux restaurés. Ce modèle offre une nouvelle grille d'analyse des milieux naturels et un outil de prédiction pour la restauration des milieux d'altitude.


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  • Titre traduit

    Geomorphological and functional determinisms of plant distribution in high-altitude ecosystems : an essay of eco-geomorphology. Implications and applications to biodiversity restoration of ski trails


  • Résumé

    Restoration of degraded high-altitude ecosystems takes place in conditions where both vegetation, soil and relief have been intensely disturbed. Consequently, restoration often fails to recreate a structure and functioning close to the original ecosystem. Even though, in mountain, it is known that vegetation is organised with relief forms, the underpinned mechanisms are misunderstood. To better manage establishment and dynamics of the vegetation, we propose a model that links constraints determined by the relief to adaptative characteristics of plant functioning. Plant functional traits identification and measurements at their different life stages help us to determine those characteristics. Elsewhere, we suppose that relief induce variations in climatic and soil factors, biotic interactions (competition, predation), as well as constraints related to geomorphological processes (erosion/sedimentation). Studies are conducted in subalpine zone (la Plagne, Northern French Alps), and mountain level (le Saignon, Southern French Alps). The first part, shows variation in biological traits involved in resource use, response to grazing and regeneration, with mesotopographical gradient. This one closely determines temperature cycles, soil resource level, grazing pressure, and snow pack duration. Studies of the second part analyse biological traits in relation with geomorphological processes. Slope determines dispersal of seeds at the soil surface. The extent of seed movements is strongly related to seed shape, and to the presence of two types of seed traps: (a) soil mounds close to the plant and generated by a barrier effect on sediment, (b) hoof prints of large herbivores. Studies in the part three, show that these traps also facilitate plant recruitment. Seed bank analysis reveals that abundance of seed in the traps is different in function of seed shape. Elsewhere, an experimentation points up that the germination and the seedling performance are affected by soil chemistry, and depend moreover of the plant functional type. In the fourth part, modelling approach and experimentation explore relationships between functional traits and competitive performance. Results show that plant distribution in the community is linked with soil resource availability and plant traits involved in resource use. To conclude, we propose the application of an eco-geomorphological model in the context of high altitude ecosystems. This model enlarges the view of traits/environment and species/habitat relationships. This provides a special way to analyse and apply restoration in high-altitude ecosystems.

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  • Détails : 1 vol. (302 p.)
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  • Annexes : Bibliogr. en fin de chapitres

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