# Arbres, bois, forêts et sociétés : Les projets financés pour la période 2020-2018

Yves Coquet, Isabelle Hippolyte, Bernard Mallet, Jean-Marc Guehl, Frédéric Monot, Antoine Morisot, Jean-Luc Peyron

## ► To cite this version:

Yves Coquet, Isabelle Hippolyte, Bernard Mallet, Jean-Marc Guehl, Frédéric Monot, et al., Arbres, bois, forêts et sociétés: Les projets financés pour la période 2020-2018. ANR, 11, 100 p., 2019, Les cahiers de l'ANR. hal-05180795

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AGENCE NATIONALE DE LA RECHERCHE
ANR

# ARBRE, BOIS, FORÊT ET SOCIÉTÉS

## Projets financés sur la période 2010-2018

LES CAHIERS DE L'ANR N° 11 - DÉCEMBRE 2019
## LES « CAHIERS DE L'ANR »

traitent de questions thématiques transverses aux différents appels à projets financés par l'ANR. Cette collection, qui existe depuis 2009, met en perspective les recherches, les innovations et les avancées technologiques en cours dans un domaine spécifique et en explicite les grandes thématiques. Chaque cahier s'adresse aux chercheurs, aux décideurs mais aussi au grand public. Le présent cahier représente un travail préliminaire à l'organisation d'un colloque « Arbre, bois, forêt et sociétés » sur les recherches financées sur ces thèmes par l'ANR. L'analyse sur la période 2010-2018 du financement de l'ANR, y compris les PIA, sur le thème des forêts, est suivie d'un catalogue sous forme de fiches individuelles de la majorité des projets cofinancés sur cette période. Ce cahier fait ressortir l'importance et la diversité des projets de recherche et des équipes scientifiques financés sur ce thème.

## CONTRIBUTEURS

* **Synthèse et analyse** : Yves Coquet, Isabelle Hippolyte, Bernard Mallet pour l'ANR en collaboration avec la Cellule études, données et analyses d'impacts et Jean-Marc Guehl (INRAE)

* **Relecture et conseils** : Frédéric Monot et Antoine Morisot (ANR) et Jean-Luc Peyron (Ecofor)

* **Fiches projets** : Yves Coquet, Isabelle Hippolyte et Antoine Morisot pour l'ANR et l'ensemble des contributeurs aux fiches des projets retenus dans ce cahier
# L'arbre, la forêt et le bois face aux défis sociétaux

En juger par les livres, tribunes et films qui se multiplient à leur égard, l'arbre, la forêt et le bois sont au cœur des sujets d'une société qui, pourtant, n'en embrasse que rarement l'ensemble des facettes. Occupant en moyenne 30 % des terres aussi bien de la planète que de la France métropolitaine, les écosystèmes forestiers constituent un réservoir exceptionnel de biodiversité, un élément irremplaçable du paysage, un stock important et croissant de ressources en carbone, bois et produits non ligneux. Ils offrent ainsi un large éventail de services allant de la régulation des grands cycles bio-géochimiques (énergie, eau, carbone, éléments minéraux) aux aménités socio-culturelles et à la fourniture de biens pour l'alimentation, l'habitat, les activités économiques, l'énergie... Le premier défi forestier est de considérer l'ensemble de ces services écosystémiques et les diverses interactions entre eux, qui apparaissent soit sous l'angle des fonctions écologiques qui suss tendent ces services, soit au niveau des demandes dont ils font l'objet.

Ces services participent tous à une bioéconomie qui repose cependant beaucoup sur la fourniture de bois, ressource naturelle renouvelable dotée de propriétés singulières (en termes d'esthétique, d'isolation, d'acoustique, de résistance, d'échanges gazeux, d'hygiène) ; cette ressource s'utilise sous forme de matériau, fibres, chimie ou énergie. Non seulement les activités correspondantes participent à la création de richesse et à l'emploi, en particulier dans les zones rurales, mais encore viennent-elles réduire l'utilisation d'énergie dont les concurrents du bois sont particulièrement dépendants : elles contribuent ainsi tout à la fois à la réduction des émissions de gaz à effet de serre, de la facture énergétique et du déficit de la balance commerciale du pays. La recherche de la performance économique, sociale et environnementale est à l'ordre du jour dans ce domaine.

Par leurs dimensions et leur longévité, les arbres sont des éléments marquants des paysages et du cadre de vie, en milieu rural, en montagne, sur le littoral, le long des cours d'eau, à proximité et au cœur des villes. Ils rendent des services socio-culturels forts qui expliquent l'attachement que leur voue une grande partie de la société. La gestion forestière s'en trouve d'ailleurs complexifiée lorsqu'il s'agit de récolter du bois. Comment maintenir ou retisser les liens entre gestion forestière et société est une question incontestablement d'actualité.

L'importance des espaces boisés qui vient d'être décrite est cependant menacée par des risques majeurs : changement climatique, déforestation (surtout sous les tropiques), exploitation forestière illégale, dégradation... Ces changements ont une résonance particulière du fait de la longueur des cycles forestiers : le temps de récupération après les crises est forcément long ; quant à la prévention, elle doit commencer le plus tôt possible pour avoir des chances de fonctionner. Ainsi, l'analyse de la résilience des forêts et de toutes les activités qui en découlent est incontournable.

Dans l'idéal, c'est l'ensemble de ces défis qu'il faut simultanément relever. Une telle approche système n'est pas simple à organiser dans un cadre scientifique mais oriente dorénavant le progrès dans le domaine forestier. Le regroupement dans ce document des diverses actions de recherche financées par l'ANR relatives à l'arbre, à la forêt, au bois et à la société est un pas important dans cette direction.

Jean-Luc PEYRON
Directeur d'Ecofor
# ANR et les forêts

Les forêts, couvrant 31 % des surfaces de terres émergées (30 % pour la France métropolitaine et 38 % pour l'Union européenne) sont au cœur de multiples enjeux et défis sociétaux et environnementaux aux échelles locale et globale.

Leurs dynamiques sont géographiquement contrastées avec une prédominance de la déforestation et de la dégradation en zone intertropicale et une tendance à l'extension des surfaces et des densités de biomasse en zones tempérée et boréale.

Elles sont affectées par les changements climatiques à travers des modifications tendancielles fortes et rapides mais également à travers l'augmentation de la fréquence et la sévérité de divers aléas (sécheresses extrêmes et canicule, incendies, attaques massives de ravageurs et maladies...). Elles contribuent à ces changements à travers la déforestation et la dégradation des forêts, tropicales principalement.

Les forêts représentent un stock terrestre important de carbone et contribuent également à l'atténuation des changements climatiques, non seulement par leur capacité de stockage du carbone dans la biomasse, la nécromasse, les sols, les produits ligneux, mais également à travers des effets de substitution (utilisation comme matériaux ou sources d'énergie renouvelables) à l'utilisation de ressources fossiles générant des gaz à effet-de-serre.

Les forêts exploitées par l'homme sont en effet à la base de nombreuses activités économiques dans des filières bio-économiques diverses (construction, bio-énergies, industrie papetière et chimie verte...) avec un potentiel important de développement, et sont également le lieu de vie de nombreuses communautés.

Les forêts sont en outre à l'origine de services écosystémiques et écologiques majeurs, au-delà de l'impact sur le bilan carbone et la régulation du climat : régulation du cycle de l'eau, rôle épurateur de l'eau et de l'atmosphère, valorisation de produits non ligneux, réservoirs de biodiversité, aménités diverses.

Le maintien comme le développement des systèmes agroforestiers représente également un enjeu majeur pour les régions chaudes comme dans les pays tempérés.

Il est essentiel de développer des modes de gestion durable des formations forestières (dont la conservation ou la restauration) permettant d'anticiper les conséquences du changement climatique à travers l'adaptation, de contribuer à son atténuation, tout en améliorant la valorisation économique des forêts, et en préservant leurs diverses fonctions écologiques et sociétales.

Il s'agit d'objectifs particulièrement ambitieux soulevant des questions de recherche complexes nécessitant des approches pluridisciplinaires mobilisant les sciences de la nature, biotechniques et socio-économiques dans toutes leurs dimensions (observation, sciences participatives, expérimentation, modélisation/simulation).

Ainsi, les recherches forestières – qu'elles concernent les enjeux climatiques, les questions de biodiversité, l'analyse du génome ou la valorisation sociale et économique des biens et services produits par les forêts – doivent aujourd'hui combiner analyse des enjeux globaux et études des impacts locaux. La combinaison des forces de recherche est indispensable compte tenu des défis majeurs rencontrés par les écosystèmes forestiers quelles que soient les régions concernées.

## Les recherches forestières soutenues par l'ANR

De 2005 à 2018, l'ANR a soutenu, hors Programme d'Investissements d'Avenir (PIA), 186 projets sur la thématique des forêts, pour un montant global de 67,7 M€. Ces données ne prennent pas en compte les projets sur la bioénergie.

Au niveau national, ces travaux ont été financés jusqu'en 2013 dans des appels thématiques (Agro-biosphère, Systerra...) ou non thématiques (blanc, JCJC...), puis à partir de 2014 dans différents comités de l'Appel à projets générique (Biologie des animaux, des végétaux et des micro-organismes/Biotechnologies, Dynamique des écosystèmes en vue de leur gestion durable, Fonctionnement Terre vivante, Intéractions Homme-environnement, Produits, Procédés et Matériaux, Villes et bâtiments durables...).

Au niveau international, l'ANR a financé 34 projets sur les forêts dans le cadre d'accord bilatéraux, d'appels pluri partenaires européens (ERA-NET, ERA-NET Cofund) ou internationaux (Belmont Forum) pour un montant total de 8,7 M€.

L'ANR a participé à deux ERA-NET dédiés aux forêts pour soutenir des équipes françaises. En 2016, les équipes françaises de trois projets de l'ERA-NET
Sumforest et en 2018, de trois projets de l'ERA-NET ForestValue ont été financées par l'Agence pour un montant de 1,2 M€.

Ce document détaille les projets que l'Agence a financé pendant cette période via les appels nationaux, européens et internationaux, thématiques, non thématiques, le plan d'action et le PIA.

## La recherche nationale 2010-2018

L'ANR a financé de 2010 à 2018, 132 projets de recherche sur les forêts pour un montant de 57,1 M€. Sur les 127 projets coordonnés par une équipe française (cinq projets internationaux sont coordonnés par un partenaire étranger), 45 projets sont coordonnés par une université et 31 par l'INRA*, représentant 60 % de la coordination française (Fig. 1). Viennent ensuite le CNRS et le Cirad avec une dizaine de coordinations pour chaque établissement. Avec 17 coordinations, les organismes publics de recherche pour le développement ont une représentation importante, plutôt exceptionnelle dans le périmètre de l'ANR, mettant l'accent sur l'importance de la prise en compte des forêts des régions chaudes dans le domaine forestier.

Sept projets sont coordonnés par des centres techniques du bois (FCBA et CRITT notamment) et deux par des entreprises privées. Dans le contexte de l'ANR dont la vocation est plutôt au financement de la recherche amont, ces 2 % représentent malgré tout une particularité de cette thématique.

Pour les 301 partenaires des projets, les universités et l'INRA sont également les partenaires les plus nombreux. Avec 84 partenaires dans les 132 projets bois contre 72 pour les universités, l'INRA est majoritaire.

Le privé collabore très fortement puisque 38 entreprises participent à des projets, se positionnant en troisième position pour le partenariat, devant le CNRS (29). Que ce soit au niveau de la coordination ou du partenariat cette implication du privé à environ 9 % du partenariat est tout à fait notable. Les autres organismes se situent tous en deçà de 20 partenaires dans les 132 projets.

Les consortiums des projets ont en moyenne trois partenaires (y compris la coordination). Toutefois, ce chiffre devrait être modulé car il inclut les 24 projets Jeunes chercheurs Jeunes chercheuses (un seul partenaire financé) et les 30 projets internationaux (partenaires étrangers non pris en compte).

<figure><img src="image_3.png" /><figcaption>Figure 1. Nombre de coordinateurs et partenaires français dans les projets nationaux et internationaux.</figcaption></figure>

<footnote>* L'ensemble du document fait référence aux financements avant la fusion de l'INRA et de l'Irstea au 1er janvier 2020.</footnote>
Un regard croisé entre les quatre grandes thématiques du colloque et les catégories d'organismes (Tableau 1) permet d'affiner l'implication des différents acteurs de la recherche et du développement.

Concernant les universités elles interviennent dans tous les domaines, bien qu'elles soient moins présentes sur les recherches sur la forêt et sa gestion. En revanche, l'INRA est très impliqué sur ce secteur et sur toutes recherches concernant l'arbre en tant qu'individu (amélioration génétique, physiologie, biologie...). Concernant les recherches sur l'arbre, l'INRA et les universités sont les acteurs majoritaires représentant 85 % des équipes françaises à travailler sur ce domaine.

Les organismes publics de recherche pour le développement en particulier le Cirad sont impliqués sur

les forêts des régions chaudes tant sur les aspects de leur fonctionnement et de leur gestion que sur les dimensions politiques, sociales et économiques en lien avec les sociétés et l'impact de l'évolution des forêts sur les sociétés.

Les entreprises privées, les centres techniques du bois et les écoles d'ingénieur sont impliqués presque exclusivement sur les études concernant le bois (propriété, transformation, utilisation...). Les entreprises sont extrêmement impliquées et représentent le quart des acteurs de la recherche nationale sur le secteur du bois.

C'est sur ce secteur que le nombre de partenaires par projet est le plus important avec 4 partenaires en moyenne.

<table><caption>Tableau 1. Nombre de partenaires participant à des projets sur différentes thématiques</caption><thead><tr><th>NOMBRE DE PARTENAIRES</th><th>BOIS</th><th>ARBRE</th><th>FORÊT</th><th>FORÊT ET SOCIÉTÉS</th></tr></thead><tbody><tr><td>Universités</td><td>33</td><td>32</td><td>24</td><td>31</td></tr><tr><td>INRA</td><td>12</td><td>40</td><td>47</td><td>19</td></tr><tr><td>Public pour le développement (Cirad, IRD)</td><td>2</td><td>5</td><td>17</td><td>18</td></tr><tr><td>CNRS</td><td>9</td><td>9</td><td>12</td><td>11</td></tr><tr><td>Entreprises</td><td>32</td><td>1</td><td>5</td><td>2</td></tr><tr><td>Divers Public (CEA, Irstea, INRIA, MNHN...)</td><td>10</td><td>5</td><td>11</td><td>9</td></tr><tr><td>Centres Techniques bois</td><td>16</td><td>2</td><td>1</td><td></td></tr><tr><td>Écoles Ingénieurs</td><td>9</td><td>2</td><td>1</td><td>2</td></tr><tr><td>Organismes Forestiers</td><td>2</td><td>1</td><td>3</td><td>2</td></tr><tr><td>Divers</td><td>3</td><td></td><td></td><td>1</td></tr><tr><td>NOMBRE DE PROJETS</td><td>31</td><td>32</td><td>39</td><td>30</td></tr><tr><td>NOMBRE DE PARTENAIRES/PROJET</td><td>4,1</td><td>3,0</td><td>3,1</td><td>3,3</td></tr></tbody></table>

Si l'on regarde au niveau national la répartition territoriale des coordinateurs (Fig. 2 p.7) et des partenaires (Fig. 3 p.7), c'est le département de l'Hérault qui vient en tête pour la coordination et le partenariat supplantant en nombre les pôles « historiques » lorrain (Meurthe-et-Moselle associée aux Vosges) et girondin. La Lorraine vient en deuxième position pour le partenariat et en troisième position pour la coordination. Quant à la Gironde, elle se place en 4e position pour la coordination et en 3e position pour la participation. Paris et l'île-de-France sont également très impliqués dans les projets financés par l'ANR ainsi que la Haute-Garonne.

La primauté de l'Hérault est favorisée par les 11 coordinations et 12 partenariats portés par le Cirad, présent sur Montpellier. En Lorraine, c'est l'INRA qui a le plus grand nombre d'équipes coordinatrices (6) et partenaires (21), ainsi qu'en Gironde (7 et 16 respectivement). Sur le reste du territoire, il n'y a pas de prépondérance d'une catégorie spécifique de partenaire.

Sur ces problématiques qui sont d'importance pour son territoire, des équipes de Guyane coordonnent 3 projets et sont par ailleurs impliquées dans LabEx CEBA du PIA (cf. page 94).
<figure><img src="image_4.png" /><figcaption>**Figure 3.** Répartition géographique des équipes
partenaires françaises (hors coordination)</figcaption></figure>

<figure><img src="image_5.png" /></figure>

Les projets de recherche financés par l'ANR dans le secteur de la forêt, hors énergie, sont caractérisés par des consortiums de trois établissements français en moyenne, une forte implication du secteur privé sur les recherches sur le bois, une coordination majoritaire des universités et un nombre de coordination notable des organismes de recherches pour le développement. D'un point de vue répartition territoriale, les équipes financées par l'ANR, sont situées majoritairement sur un pôle languedocien (Hérault), devançant les pôles historiques lorrain et girondin.

Une particularité de ce domaine est le leadership de quelques projets par des centres techniques sur des projets sur le bois, indicateur du niveau d'excellence de ces structures dans ce secteur. Bien que l'éventail des acteurs de la recherche forestière soit large avec une bonne représentation des différents organismes publics, on note une forte implication des entreprises et l'implication des écoles d'ingénieurs et de structures issues de la société civile (associations, regroupements de propriétaires...), leur engagement n'étant pas homogène dans les différents domaines de recherches.

## Focus sur les recherches en partenariat international

Les équipes de recherche françaises, travaillant sur les forêts des régions tempérées ou sur les forêts des régions chaudes, sont également engagées dans des réseaux de recherche européens et internationaux. Pour appuyer ces partenariats, l'ANR a ainsi financé entre 2010 et 2018, 30 projets impliquant au moins une équipe étrangère (Tableau 1 p. 6) financée sur les fonds de l'appel.

Dans le cadre des accords bilatéraux européens et internationaux (Allemagne, Brésil, Suisse...), six projets ont été financés sur les thématiques forestières depuis 2010.

Le département EERB (Environnement, Ecosystèmes et Ressources Biologiques) de l'ANR a participé et contribué financièrement à de nombreux ERA-NET et ERA-NET Cofund ouverts (ERA-NET MED, Prima, Biodiversa, LEAP-Agri...) ou dédiés aux recherches forestières (SumForest, Forest value) (Tableau 2 p. 8).

Cet engagement, a ouvert et formalisé les dynamiques partenariales, permettant de financer vingt-deux projets de recherche pluri partenaires entre des équipes françaises et celles de la plupart des pays européens (Fig. 4 p. 8). Au niveau européen, l'Allemagne est le
partenaire privilégié des équipes françaises puisque la moitié des projets internationaux auxquels participent des partenaires français impliquent au moins une équipe allemande, mais la Suède et l'Espagne collaborent également activement aux recherches forestières avec les équipes françaises.

Les deux projets financés dans le cadre de l'ERA-NET Cofund LEAP-Agrì ou les deux projets financés dans le cadre du Belmont Forum ont également permis de soutenir financièrement des partenariats internationaux africains ou asiatiques (Fig. 4).

De plus, dans les appels nationaux et internationaux, des partenaires de pays non engagés financièrement sur le programme ou par des accords bilatéraux, peuvent participer sur fonds propre. Ces différentes modalités ont ainsi permis à l'ANR de contribuer à étendre et à développer les partenariats d'équipes françaises avec des équipes des continents américain (Brésil, Canada, Costa Rica, Guatemala, Mexique, Pérou...), africain (Burkina Faso, Cameroun, Congo, Égypte, Ghana, Kenya, Maroc, Ouganda, Sénégal...) ou asiatique (Indonésie, Liban, Vietnam, Thaïlande...). Si l'on considère l'ensemble des projets nationaux ou financés dans le cadre de programmes internationaux, ce sont autour de 200 partenaires de 42 pays qui ont collaboré avec 431 équipes françaises.

<table><caption>Tableau 2. Programmes Européens sur lesquels l'ANR a financé des projets sur la recherche forestière</caption><thead><tr><td>PROGRAMMES EUROPÉENS ET INTERNATIONAUX SOUTENUS PAR L'ANR SUR LES FORÊTS</td><td>NB DE PROJETS « FORÈT » FINANCÉS</td></tr></thead><tbody><tr><td>Belmont Forum</td><td>1</td></tr><tr><td>Belmont Forum JPI-Climate</td><td>1</td></tr><tr><td>Blanc International – Accords bilatéraux</td><td>6</td></tr><tr><td>ERA-NET BiodivERsA</td><td>8</td></tr><tr><td>ERA-NET Cofund ERAGAS</td><td>1</td></tr><tr><td>ERA-NET Cofund FACCE SURPLUS</td><td>1</td></tr><tr><td>ERA-NET Cofund Forest value</td><td>3</td></tr><tr><td>ERA-NET Leap-agri</td><td>2</td></tr><tr><td>ERA-NET NetBiome</td><td>1</td></tr><tr><td>ERA-NET Sumforest</td><td>3</td></tr><tr><td>ERA-NET WaterWorks 2015</td><td>1</td></tr><tr><td>PLANT KBBE</td><td>1</td></tr><tr><td>SEA-EU NET</td><td>1</td></tr></tbody></table>

<figure><img src="image_6.png" /><figcaption>Figure 4. Nombre de projets impliquant au moins un partenaire de pays étranger dans les appels européens ou internationaux</figcaption></figure>
Les financements sur les
forêts dans le Programme
« Investissements d'Avenir »

<figure><img src="image_7.png" /></figure>

La forêt est présente en particulier dans cinq projets du Programme « Investissements d'Avenir » (aujourd'hui « Grands Programmes d'Investissement de l'État ») piloté par l'ANR pour un montant de 34 M€. Ces projets impliquent de nombreux acteurs de la recherche publique forestière métropolitaine et ultra machine (INRA, CNRS, Irstea, IRD, Cirad, AgroParisTech, Universités des Antilles, de Bordeaux, de la Guyane, de Lorraine, de Montpellier, de Pau et Pays de l'Adour, Arts et Métiers ParisTech, École Supérieure du Bois...).

Deux projets – un Laboratoire d'Excellence (LabEx) et un Equipement d'Excellence (EquipEx) – sont entièrement consacrés à la forêt. Le **LabEx ARBRE** (Recherches Avancées sur la Biologie de l'Arbre et les Ecosystèmes Forestiers), doté d'un budget 2011-2019 de 7,5 M€ pour un budget global de 76,7 M€, a pour objectif d'améliorer les connaissances fondamentales sur la biologie des arbres forestiers et des microorganismes associés et sur l'écologie fonctionnelle des écosystèmes forestiers, ainsi que de proposer aux professionnels des outils et des bioindicateurs facilitant la gestion raisonnée des forêts. L'**EquipEx XYLOFOREST** (Plateforme d'Innovation « Forêt – Bois-Fibres-Biomasse du futur »), doté d'un budget de 10,2 M€ pour un budget global de 17,6 M€, est un ensemble coordonné de 6 plateformes de recherche, d'innovation et de services pour les forêts cultivées et leurs produits. Ces plateformes, dotées de plus d'une centaine d'équipements scientifiques, concernent la génomique et le phénotypage des arbres, les bio-technologies forestières, la mise au point de systèmes sylvicoles innovants, l'ingénierie avancée du bois, les produits composites à base de bois, la chimie et la

bio-raffinerie du bois. Trois de ces plateformes sont localisées en région Nouvelle-Aquitaine et rattachée à l'Idex de Bordeaux. Les 3 autres sont localisées en région Centre-Val de Loire, Pays de Loire et Bourgogne-Franche-Comté.

Deux autres LabEx ont une composante forêt majeure. Le **LabEx CEBA** (Centre d'étude de la biodiversité amazonienne) vise à faire avancer les connaissances sur la biodiversité amazonienne. Situé à Cayenne, le LabEx CEBA joue un rôle essentiel dans le développement des connaissances sur la forêt guyanaise, en-core peu connue. Le **LabEx COTE** (Évolution, adaptation et gouvernance des écosystèmes continentaux et côtiers), intégré à l'Idex de Bordeaux, cherche à comprendre et prévoir les réponses des écosystèmes aux changements induits par l'homme et à fournir des outils et des méthodes de régulation ou de conduite de leur évolution. Il s'intéresse en particulier aux échanges entre écosystèmes forestiers, agricoles et côtiers.

Enfin, l'**Infrastructure de Recherche AnaEE-France** (Analyse et Expérimentation sur les Ecosystèmes) coordonne 14 sites pour l'étude de trois grands types d'écosystèmes forestiers : les forêts tempérées et continentales (6 sites), la forêt méditerranéenne (3 sites), les forêts et plantations tropicales (5 sites). Sur ces différents sites, AnaEE-France met à disposition des scientifiques une gamme de services variés, dont un service d'expérimentation in situ, une instrumentation pour le suivi à long terme et la mesure in situ des paramètres environnementaux, ainsi que des dispositifs et outils pour la collecte d'échantillons.

<figure><img src="image_8.png" /></figure>
# INDEX

<table><tbody><tr><td>3DForMod</td><td>p.11</td><td>FOR-WIND</td><td>p.42</td></tr><tr><td>ACOUFREEZE</td><td>p.12</td><td>FRAG&BINV</td><td>p.43</td></tr><tr><td>AFRODYN</td><td>p.13</td><td>FUNTASTIC</td><td>p.44</td></tr><tr><td>AGES</td><td>p.14</td><td>FUNTUNE</td><td>p.45</td></tr><tr><td>ALIEN</td><td>p.15</td><td>FUTURE-SAHEL</td><td>p.46</td></tr><tr><td>AMAZ</td><td>p.16</td><td>H2Oak</td><td>p.47</td></tr><tr><td>AMTools</td><td>p.17</td><td>HEVEADAPT</td><td>p.48</td></tr><tr><td>ARBRE</td><td>p.18</td><td>Hydrauleaks</td><td>p.49</td></tr><tr><td>BACTOWEATHER</td><td>p.19</td><td>Intens&Fix</td><td>p.50</td></tr><tr><td>BIOCOP</td><td>p.20</td><td>LIGNOPROG</td><td>p.51</td></tr><tr><td>BIOFILTREE</td><td>p.21</td><td>MACACC</td><td>p.52</td></tr><tr><td>BIOMANGO</td><td>p.22</td><td>MECAbiofor</td><td>p.53</td></tr><tr><td>BIOPICK</td><td>p.23</td><td>MeCC</td><td>p.54</td></tr><tr><td>BIOPROFOR</td><td>p.24</td><td>MicroWall</td><td>p.55</td></tr><tr><td>BIOTERRA</td><td>p.25</td><td>MOQAPRO</td><td>p.56</td></tr><tr><td>CHEMLIVAL</td><td>p.26</td><td>MULTIFOREVER</td><td>p.57</td></tr><tr><td>CLIMTREE</td><td>p.27</td><td>NanoSoilC</td><td>p.58</td></tr><tr><td>COLLENER</td><td>p.28</td><td>NAUTRAM</td><td>p.59</td></tr><tr><td>COOLTREES</td><td>p.29</td><td>NOBEL</td><td>p.60</td></tr><tr><td>CoolWood®</td><td>p.30</td><td>ODORSCAPE</td><td>p.61</td></tr><tr><td>CWSSEA</td><td>p.31</td><td>OPTIFIN</td><td>p.62</td></tr><tr><td>DENDRAC</td><td>p.32</td><td>PATCH</td><td>p.63</td></tr><tr><td>DIGAS</td><td>p.33</td><td>PENSEE</td><td>p.64</td></tr><tr><td>DYNAMIC</td><td>p.34</td><td>PEROXIDIV</td><td>p.65</td></tr><tr><td>ECOPICS</td><td>p.35</td><td>PHOENIX</td><td>p.66</td></tr><tr><td>ECOSFIX</td><td>p.36</td><td>PitBulles</td><td>p.67</td></tr><tr><td>ECOTERA</td><td>p.37</td><td>PRI-MAL</td><td>p.68</td></tr><tr><td>EFEUR5</td><td>p.38</td><td>RAINWEBS</td><td>p.69</td></tr><tr><td>EPITREE</td><td>p.39</td><td>RAMSESII</td><td>p.70</td></tr><tr><td>EXPANDTREE</td><td>p.40</td><td>RESIPATH</td><td>p.71</td></tr><tr><td>FireCaster</td><td>p.41</td><td>ReVes</td><td>p.72</td></tr></tbody></table>

<table><tbody><tr><td>SecPrime²</td><td>p.73</td></tr><tr><td>smallFOREST</td><td>p.74</td></tr><tr><td>SOUDABOIS 2</td><td>p.75</td></tr><tr><td>SPONFOREST</td><td>p.76</td></tr><tr><td>SPOP</td><td>p.77</td></tr><tr><td>StressInTrees</td><td>p.78</td></tr><tr><td>SUCROL</td><td>p.79</td></tr><tr><td>SYBIOPOP</td><td>p.80</td></tr><tr><td>SYMActino</td><td>p.81</td></tr><tr><td>Tiptree</td><td>p.82</td></tr><tr><td>TIT-OAK</td><td>p.83</td></tr><tr><td>TRANSMUT</td><td>p.84</td></tr><tr><td>TreeTrace</td><td>p.85</td></tr><tr><td>TROPIC</td><td>p.86</td></tr><tr><td>TWIST</td><td>p.87</td></tr><tr><td>URBANMYCOSERVE</td><td>p.88</td></tr></tbody></table>

LISTE DE 48 AUTRES
PROJETS FINANCÉS
SUR LE THÈME p.89

<table><tbody><tr><td>LABEX :</td><td></td></tr><tr><td>ARBRE</td><td>p. 92</td></tr><tr><td>CEBA</td><td>p. 94</td></tr><tr><td>COTE</td><td>p. 96</td></tr><tr><td>EQUIPEX :</td><td></td></tr><tr><td>XYLOFOREST</td><td>p. 97</td></tr></tbody></table>
## 3DForMod

# Combining remote sensing and 3D forest modelling to improve tropical forests monitoring of greenhouse gases emissions

### — Rappel des objectifs

La déforestation et la dégradation des forêts sont considérées comme la deuxième source mondiale d'émissions anthropiques de gaz à effet de serre (GES). S'il est urgent d'aller au-delà de l'étude par satellite sur l'utilisation des terres et le changement d'occupation du sol (LULCC) pour surveiller avec précision les stocks de carbone sous les tropiques, il n'existe toujours pas de cadre intégré opérationnel pour atteindre cet objectif. En particulier, beaucoup d'incertitude provient de l'évaluation difficile de l'impact de la dégradation des forêts, qui n'implique pas la conversion des forêts. Le projet 3DForMod vise à intégrer les progrès de la modélisation forestière 3D et de la télédétection à très haute résolution pour améliorer la surveillance de la biomasse forestière aérienne, en particulier dans les pays tropicaux signataires de l'Accord de Paris. Notre objectif final est de fournir aux parties prenantes et aux décideurs des informations fiables et accessibles sur les stocks de carbone de la végétation dans les terri toires forestiers, ainsi que des modèles prédictifs simples, basés sur des SIG, sur les conséquences de la dégradation forestière en termes d'émissions de GES. Le consortium de partenaires per met de couvrir toutes les étapes qui doivent être prises en compte pour augmenter rigoureusement les estimations de carbone hors sol d'une parcelle forestière à l'autre et d'une région à l'autre. Nous combinerons : une technologie avancée de balayage laser terrestre pour obtenir des données massives sur le volume des arbres (WP1) pour le développement de l'allométrie sans recourir à la récolte destructive (WP2) ; une modélisation forestière 3D pour relier les informations de télédétection aux données au sol afin d'améliorer la capacité des données satellites à haute résolu tion à estimer la biomasse (WP3) et détecter les changements et émissions liés à la dégradation forestière pour une mise à échelle régionale (WP4) ; une collaboration avec des agences de surveil lance forestière des pays en développement pour intégrer les ré sultats des projets à leur système national REDD+ et renforcer leur capacité avec leurs partenaires internationaux (WP5).

### — Résultats majeurs

Les principaux résultats portent à ce stade sur deux aspects :
1 - la validation de la technologie du LiDAR terrestre pour l'ex traction de paramètres pertinents sur la structure 3D des grands arbres de canopée (estimation de la biomasse épigée via le bio volume de bois, extraction massive de données d'architecture des couronnes et lien avec les stratégies d'allocation des ressources dans les différents compartiments de l'arbre, simulation de la réaction des arbres au vent, estimation de la porosité des couronnes, du LAI/LAD, etc.)
2 - la synthèse des sources d'incertitude dans l'estimation des biomasses forestières depuis le terrain jusqu'à la cartographie par satellite (méthodologie de propagation des erreurs, identifi cation des marges d'amélioration, etc.)

### — Production scientifique et valorisation

* Bugnicourt, P., Guitet, S., Santos, V. F., Blanc, L., Sotta, E. D., Barbier, N. & Couteron, P. 2018. Using textural analysis for regional landscape mapping, Eastern Guiana Shield. *Geomorphology*, 317: 23-44.

* Rosca S, Suomalainen J, Bartholomeus H, Herold M. 2018. Comparing terrestrial laser scanning and unmanned aerial vehicle structure from motion to assess top of canopy structure in tropical forests. *Interface Focus* 8: 20170038.

<figure><img src="image_9.png" /></figure>

Mise en place d'un scanner terrestre LiDAR pour mesurer la structure des arbres de la forêt amazonienne péruvienne. Crédit photo : Alvaro Lau Sarmiento.

* Lau, A., Bentley, L. P., Martius, C., Shenkin, A., Bartholomeus, H., Raumonen, P., Malhi, Y., Jackson, T., Herold, M. 2018. Quantifying branch architecture of tropical trees using terrestrial LiDAR and 3D modelling. *Trees*, 32: 1219-1231.

* Jackson, T., Shenkin, A., Wellpott, A., Calders, K., Origo, N., Disney, M., Burt, A., Raumonen, P., Gardiner, B., Herold, M., Fourcaud, T. & Malhi, Y. 2018. Finite element analysis of trees in the wind based on terrestrial laser scanning data. *Agricultural of Forest Meteorology*, 265: 137-144.

* Lau, A., Martius, C., Bartholomeus, H., Shenkin, A., Jackson, T., Malhi, Y., Herold, M., Bentley, L. P. 2019. Estimating architecture-based metabolic scaling exponents of tropical trees using terrestrial LiDAR and 3D modelling. *Forest Ecology and Management*, 439: 132-145.

* Jackson, T., Shenkin, A., Moore, J., Bunce, A., van Emmerik, T., Kane, B., Burcham, D., James, K., Selker, J., Calders, K., Origo, N., Disney, M., Burt, A., Wilkes, P., Raumonen, P., Gonzalez de Tanago Menaca, J., Lau, A., Herold, M., Goodman, R. C., Fourcaud, T. & Malhi, Y. 2019. An architectural understanding of natural sway frequencies in trees. *J. R. Soc. Interface*, 16: 20190116.

* Lau, A., Calders, K., Bartholomeus, H., Martius, C., Raumonen, P., Herold, M., Vicari, M., Sukhdeo, H., Singh, J. & Goodman, R. C. 2019. Tree biomass equations from terrestrial LiDAR: a case study in Guyana. *Forests*, 10: 527.

* Réjou-Méchain, M., Barbier, N., Couteron, P., Ploton, P., Vincent, G., Herold, M., Mermoz, S., Saatchi, S., Chave, J., de Boissieu, F., Féret, J.-B., Momo Takoudjou, S. & Pélissier, R. 2019. Upscaling forest biomass from field to satellite measurements: sources of errors and ways to reduce them. *Surveys in Geophysics*, 40: 881-911.

## Le projet 3DForMod

**Partenaires** : UMR AMAP (IRD), Lab. Geoinformation Science and Remote Sensing, Wageningen Universi and Research (Pays-Bas), Inverse Problem Group-Tampere University of Technology (Finlande), École Normale Supérieure-Université de Yaoundé 1 (Cameroun).

## COORDINATEUR

**Raphaël Pélissier** : raphael.pelissier@ird.fr, http://3dformod.free.fr/
# ACOUFREEZE

## Suivi des stress liés au gel chez les arbres par l'analyse de la forme des ondes des émissions acoustiques

### — Rappel des objectifs

* Prédire la limite altitudinale des arbres à partir de leurs résistances au gel.

* Utiliser une nouvelle méthode acoustique de mesure des résistances au gel chez les Angiospermes.

Le gel est un facteur limitant pour la vie des plantes, car il peut causer des dommages sur les tissus vivants et la formation d'embolie dans des conduits du xylème. La formation de glace dans les tissus végétaux est habituellement détectée par analyse de dégagement de chaleur ou par thermographie infrarouge, alors que l'embolie induite par les cycles gel-dégels est mesurée par la perte de conductivité hydraulique (PLC). Nous avons utilisé plusieurs méthodes non destructives complémentaires pour comprendre les mécanismes produits lors d'un cycle gel-dégel et pour valider une nouvelle méthode acoustique (EUs). La source exacte des EUs émis lors d'un cycle gel-dégel n'avait pas été identifiée jusqu'à présent, en particulier chez les Angiospermes, dans lesquels les tissus du xylème sont composés de plusieurs types cellulaires différents.

Notre projet a permis de réaliser des progrès importants sur la façon de détecter les EUs afin de permettre le suivi de :

* (i) la formation de la glace et sa propagation (Charrier et al. 2015 ; Charra-Vaskou et al., 2016),

* (ii) la localisation de glace dans le xylème (Charrier et al. 2014a),

* (iii) la perte de conductivité hydraulique après un cycle de gel-dégel (Charrier et al. 2014b),

* (iv) les dommages générés sur les cellules vivantes (Kasuga et al. 2015).

### — Résultats majeurs

Nos résultats indiquent que les événements de cavitation sont générés par le front de formation de la glace et produisent des EUs. Les seuils de cavitation des différentes espèces sont ainsi atteints lors de la prise en glace en lien avec le potentiel hydrique de la glace, qui lui dépend également de la température, tandis que l'expansion des bulles de gaz et l'embolie résultante se produisent lors du dégel. Ce potentiel hydrique très faible, rencontré à l'interface eau-glace est crucial, car il peut provoquer à la fois une plasmolyse irréversible des cellules vivantes du bois et de l'écorce (flux d'eau) et l'embolie des vaisseaux du xylème. Contrairement à une embolie causée par la sécheresse, l'analyse des EUs au cours des cycles de gel-dégel peut permettre de distinguer entre les étapes de cavitation et d'embolie, selon les phases de congélation et de décongélation, respectivement. Analyse des EUs permet de nouvelles perspectives dans le processus complexe de la prise en glace du xylème, et peut être utilisé pour surveiller la propagation de la glace dans une plante entière in natura en relation avec l'intensité des stress et la physiologie de la plante.

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Illustration de quelques productions du projet ACOUFREEZE et photo des équipes Autrichiennes et Françaises lors du 2nd plenary meeting d'Innsbruck en décembre 2013.

### — Production scientifique et valorisation

Le consortium de ce projet a permis l'obtention d'une importante production académique (7 publications à comité de lecture) et de qualité (IFmoyen = 5.275 ; toutes de notoriété Excellente ou Exceptionnelle en Forestry et/ou Plant Sciences). Ces très bons résultats sont liés à la complémentarité des deux équipes qui avaient déjà l'habitude de travailler ensemble pour 2 précédents projets Huber Curien et à l'aide du partenaire Industriel, leader mondial des techniques acoustiques utilisées dans ce projet.

**Le projet ACOUFREEZE**

**Partenaires** : UMR 547 PIAF (INRA), Université d'Innsbruck (Autriche), MISTRAS (France).

**COORDINATEUR**

Thierry Ameglio : thierry.ameglio@inra.fr
## — Rappel des objectifs

Les forêts tropicales humides (FTH) contiennent plus de 50 % des espèces vivantes reparties sur seulement 10 % de la surface terrestre. De plus, elles procurent un nombre importants de services écosystémiques et jouent un rôle central dans la mitigation du climat au niveau global. Améliorer notre compréhension de la dynamique passée et le potentiel de résilience futur des FTH produira des données vitales pour une meilleure conservation et gestion de cette biodiversité.

AFRODYN se concentre sur les forêts tropicales d'Afrique Centrale où la flore locale est fortement menacée. Les questions majeures adressées durant ce projet sont : Comment est-ce que les espèces se sont adaptées aux changements passés ? Comment est-ce que la diversité génétique sera impactée par les changements climatiques futurs ? Le projet utilisera une approche multi-espèces basée sur un des plus grands jeux de données génétique jamais produits pour des espèces de plantes Africaines. Nos objectifs seront :

1/ tester les différentes hypothèses sur la dynamique passée de la forêt en Afrique Centrale intra et inter espèces ;

2/ prédire le potentiel de résilience de cet écosystème face aux changements climatiques futurs.

Pour cela, une approche de phylogéographie comparative sera utilisée, combinée à la modélisation de niche écologique simultanément sur six espèces de plantes codistribuées en Afrique Centrale. Les espèces sélectionnées appartiennent à deux familles d'arbre modèles infédées aux FTH : les Annonaceae et les palmiers. Ces espèces combinent des caractéristiques importantes pour faciliter le projet : facilement identifiables sur le terrain ; caractéristiques et abondantes en FTH d'Afrique Centrale ; et nous disposons de bonnes données préliminaires sur elles.

## — Résultats majeurs

Le projet s'est décliné en plusieurs phases. Tout d'abord nous avons mené une phase intense de collections d'échantillons sur le terrain. Après deux ans nous avons collecté plus de 1 000 individus de 6 espèces d'arbres de la famille des Annonaceae et des palmiers codistribuées à travers la forêt tropical Atlan-tique d'Afrique Centrale. Nous avons ensuite développé un kit de 350 marqueurs nucléaires via des méthodes de séquençage de nouvelle génération particulièrement utiles pour l'étude phy-logéographique de la famille des Annonaceae. Un kit similaire pour la famille des palmiers était déjà disponible. Nous avons ensuite utilisé ces deux kits pour séquencer plus de 350 gènes par individu pour une sélection de 600 individus distribués en Afrique Centrale.

Les premiers résultats montrent que les espèces sectionnées ont une structure génétique plus ou moins importante à travers leurs distributions. La plupart des espèces montre une coupure phylogéographique entre les populations du sud et du nord de la région au niveau d'une charnière climatique et malgré une forêt en apparence continue. Ceci est en accord avec d'autres études, mais reste encore mal expliqué. Nous avons montré chez une des espèces étudiées que cette barrière pourrait être liée à une dispersion limitée à travers cette charnière et l'impossibilité des populations dispersées à s'établir et coloniser correctement la région (possiblement à cause de différence climatiques). Dans ce projet nous avons estimé pour la première fois l'origine tem-porelle, via la datation moléculaire, de la structuration génétique au sein des espèces. Nous montrons qu'elle est asynchrone

entre espèces indiquant que les populations des différentes espèces réagissent de manière indépendante aux changements climatiques passés. De plus nous montrons que cette structuration s'est principalement mise en place durant les 2,5 millions d'années en accord avec l'intensification des cycles glacières qui ont fortement impacté les forêts tropicales d'Afrique centrale.

## — Production scientifique et valorisation

Le projet a permis la publication à ce jour de huit articles dans des journaux internationaux à comité de lecture.

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<figure><img src="image_16.png" /><figcaption>Collecte de spécimens botaniques au Gabon. Crédit photos : Thomas Couvreur.</figcaption></figure>

### Le projet AFRODYN

Partenaire : UMR 232 DIADE (IRD).

### COORDINATEUR

Thomas Couvreur : thomas.couvreur@ird.fr
## — Rappel des objectifs

La notion de services écosystémiques a connu, au cours des années 2000, un succès fulgurant, qui a suscité de nombreux débats : la caractérisation des écosystèmes au travers d'indicateurs extrêmement synthétiques destinés à fonder des décisions d'aménagement ne va pas sans poser des problèmes techniques, épistémiques et, in fine, éthiques. C'est sur ces débats que s'est fondé le projet AGES. En insérant la notion de services écosystémiques dans une perspective de « political ecology », il avait pour objectif de poser les bases de son utilisation raisonnée.

## — Résultats majeurs

Nous avons obtenu trois grands types de résultats.

* **Périmètre de validité et de légitimation de la notion de services écosystémiques.** La notion de services écosystémiques apparaît comme un produit de la modernité écologique destiné à renouveler, notamment à l'échelle globale, l'argumentaire de justification de la protection de la biodiversité en incorporant un discours économique (cf. figure illustrative).

* **Appropriations de la notion de services écosystémiques en contexte de forêt tropicale.** Pour comprendre la manière dont la notion de services écosystémiques est effectivement utilisée dans des contextes précis, nous avons travaillé sur l'utilisation des services écosystémiques au Brésil et au Gabon au travers de projet de Réductions des Émissions de gaz à effet de serre dus à la Déforestation et à la Dégradation forestière (REDD). Si la mise en œuvre des REDD donne lieu à des difficultés révélatrices à la fois des débats scientifiques, techniques et politiques autour de la notion de SE, il apparaît surtout que ces mécanismes sont des outils aux mains d'acteurs politiques qui les utilisent en fonction de leurs agendas, le plus souvent dans des dispositifs plus à même de relégitimer la gouvernance environnementale que de la refonder.

* **Pour une utilisation raisonnée des services écosystémiques fondée sur la cartographie de compromis de services.** L'émergence des débats autour des compromis de services se traduit, dans la science, par un nouvel effort de conceptualisation des milieux, de leur fonctionnement et de leur utilisation par l'homme – qui se prolonge dans le développement d'une cartographie des services écosystémiques. En nous fendant sur l'analyse et la critique de la littérature scientifique, nous avons identifié les conditions et les éléments nécessaires à la mise en place d'une méthodologie pour spatialiser les services écosystémiques, mais aussi pour déterminer les enjeux et les limites de cette spatialisation.

Notre approche des services écosystémiques permet de fournir de cette notion une image globale, de déconstruire son apparente objectivité et de proposer une démarche pour son utilisation raisonnée.

## — Production scientifique et valorisation

Un livre, six articles dans des revues internationales classées au meilleur niveau et trois chapitres d'ouvrages ont été tirés de ce projet de recherche, dont :

* **ARNAULD DE SARTRE, Xavier, CASTRO-LARRAÑAGA, Monica, DUFOUR, Simon, OSZWALD, Johan (dir.), 2014, *Political ecology des services écosystémiques*, Bruxelles, PIE Peter Lang, 287 p.**

* **ARNAULD DE SARTRE, Xavier, OSZWALD, Johan, VEIGA, Ivan, CASTRO, Monica, DE ASSIS, William Santos, MICHELLO-TI, Fernando, ROCHA, Carla, SOUZA, Haroldo, SEBILLE, Pascal, DOLÉDEC, Sylvain, LAVELLE, Patrick, 2016, « Sustainable development policies and the spread of land-sharing practices – A statistical assessment in a frontier region of the Brazilian Amazon », *Journal of Rural Studies*, 48, p. 65-76.**

* **LE CLEC'H, Solen ; JEGOU, Nicolas ; ARNAULD DE SARTRE, Xavier ; DECAENS, Thibaud ; DUFOUR, Simon ; GRIMALDI, Michel ; OSZWALD, Johan. 2018, « Impacts of Agricultural Practices and Individual Life Characteristics on Ecosystem Services: A Case Study on Family Farmers in the Context of an Amazonian Pioneer Front », *Environmental Management*, 61 (5), p. 772-785. Article lauréat du Geneva Award 2018 du Swiss Network for International Studies (https://snis.ch/awards/#igc)**

* **CHARTIER, D., LE CORSNIER, H., 2014, « La société civile au Sommet de la terre de Rio+20 », in *Regards croisés sur Rio+20: La modernisation écologique à l'épreuve* (Foyer J. dir.), France, CNRS Editions.**

Analyse sous Prospero® des catégories discursives auxquelles est associée la notion de services écosystémiques dans l'ensemble des documents soumis à la Conférence de Rio+20.

## Le projet AGES

**Partenaires** : UMR Société Environnement Territoire (CNRS - Université de Pau et des pays de l'Adour), UMR Laboratoire d'environnement, géomatique, télédétection (CNRS - Université de Rennes).

## COORDINATEUR

**Xavier Arnauld de Sartre :**
xavier.arnauld@cnrs.fr

<figure><img src="image_17.png" /></figure>

Domaines de légitimation de la notion de services écosystémiques à la conférence de Rio+20
# ALIEN

## Évaluation des effets à long terme des espèces d'arbres envahissantes sur la fonction protectrice des forêts contre les chutes de blocs en Suisse et en France : le cas d'Ailanthus altissima

### — Rappel des objectifs

Ailanthus altissima, aussi dénommé Ailante, est un feuille impor-
té de Chine en Europe au XVIIIe siècle. De par sa capacité à
coloniser rapidement l'espace, et en particulier les zones per-
turbées, cette espèce est devenue envahissante. Cet arbre est
difficile à éradiquer en raison de sa capacité à rejeter après la
coupe. Par conséquent, les forêts des régions chaudes et méri-
dionales des Alpes, sont de plus en plus envahies par l'Ailante.
Bon nombre de ces forêts poussent sur des pentes abruptes
offrant ainsi aux biens, personnes et activités économiques une
protection vis-à-vis des risques naturels tels que les chutes de
blocs rocheux. L'objectif du projet ALIEN était, d'une part, d'ac-
croître les connaissances sur la dissémination à long terme de
l'Ailante dans les peuplements forestiers des Alpes du Sud et,
d'autre part, d'évaluer l'effet de cette espèce sur la capacité de
protection des forêts contre les chutes de blocs.

### — Résultats majeurs

Nos travaux ont permis d'affirmer que la dissémination de l'Ai-
lante est majoritairement due à la forte disponibilité de la lumière
et qu'elle augmente donc de pair avec l'intensité et la fréquence
des perturbations. Cependant, nous avons aussi trouvé qu'en
phase de régénération l'Ailante a une tolérance relativement éle-
vée à l'ombre, ce qui explique la persistance plus longue de ce-
lui-ci dans les peuplements forestiers que ce qui avait été men-
tionné précédemment dans la littérature. De plus, il ressort de
nos travaux que le comportement mécanique de cette espèce
lui permet d'offrir la même capacité de réduction d'énergie de
projectiles rocheux que celles des autres espèces d'arbres que
l'on trouve typiquement sur les pentes sujettes aux chutes de
pierres dans les Alpes. Par conséquent, le risque d'atteinte des
enjeux en amont de ces peuplements envahis par l'Ailante ne
devrait pas augmenter de manière substantielle suite à l'expan-
sion de l'Ailante, à condition que la structure des peuplements
forestiers ne change pas de manière substantielle.

### — Production scientifique et valorisation

Le projet a donné lieu à plus de 10 publications scientifiques dans des revues à comité de lecture, couvrant les principaux résultats sur l'écologie d'A. altissima, les propriétés mécaniques de l'arbre et sa représentation dans des modèles numériques de simulations de comportement mécanique ou d'évaluations des risques générés par les aléas rocheux. Le transfert des connaissances a aussi été initié auprès des gestionnaires forestiers et du grand public.

**Le projet ALIEN**

Partenaires : LESSEM (Iirstea), Bern University of Applied Sciences (Suisse), WSL (Suisse), Université de Genève (Suisse).

**COORDINATEUR**

Björn Reineking : bjoern.reineking@irstea.fr

<figure><img src="image_18.png" /></figure>

L'Ailante résistant à l'impact expérimental d'une boule de granit de 56 kg à 50 km/h. Copyright : Iirstea.
Vidéo complète : http://content.jwplatform.com/players/arM4XctR-vFo0Mlue.html
## Étudier le rôle des Amérindiens dans la conservation des écosystèmes

Depuis maintenant trois décennies, les sociétés indigènes d'Amazonie occupent un rôle de plus en plus important sur l'échiquier politique, participant activement à la lutte contre la déforestation et le réchauffement climatique. Dans ce but, leurs organisations sont entrées en force dans l'arène politique nationale, leurs membres accédant parfois aux postes stratégiques de hauts représentants de l'État. Ces mêmes organisations deviennent les acteurs principaux de centaines de conflits dits « environnementaux » qui secouent la région, et qui les opposent à des entreprises et des appareils d'État dont les activités mettent en péril la diversité écologique. Le projet AMAZ réunit des chercheurs de différents pays (France, Brésil, Pérou, Colombie, Venezuela) dans le but d'analyser de manière comparative le rôle fondamental des peuples amérindiens dans la conservation des écosystèmes amazoniens, en essayant de faire affleurer les spécificités propres à chaque pays de la région et la façon dont s'y déplacent désormais les frontières du politique.

## Regards croisés sur la représentativité politique, les logiques collectives et l'urbanisation amérindienne

Ce projet s'articule autour de trois axes de recherche. Un premier axe s'intéresse à la façon dont les communautés amazoniennes construisent une représentativité politique en s'engageant, de façon simultanée, dans des processus électoraux officiels et des voies activistes non gouvernementales dont les orientations sont parfois radicalement contraires à celles préconisées par l'État. Un deuxième axe étudie la manière dont chaque peuple amérindien intervient en politique en fonction des logiques culturelles, historiques et sociales qui lui sont propres. Il s'agit ainsi d'analyser les styles d'exercice du politique, qui émanent des formes d'organisation sociale et surtout parentale, des légitimités politiques, et de pratiques rituelles autochtones, encore peu connues par les anthropologues. Enfin, un troisième axe s'intéresse au fait que de plus en plus d'Amérindiens migrent vers les centres urbains des provinces amazoniennes, puis vers les grandes agglomérations du continent. Les allers-retours de plus en plus fréquents entre les villes et la forêt stimulent l'émergence de nouvelles formes institutionnelles qui doivent être examinées.

## Résultats majeurs

Les sociétés amérindiennes de l'Amazonie, comme d'autres populations autochtones à travers le monde, se trouvent de façon accrue exposées aux inégalités économiques et à la discrimination culturelle et raciale, restant aux marges des dynamiques d'intégration que les états concernés réalisent souvent sans vraie conviction. Celle-ci est en partie le résultat d'une compréhension partielle des demandes des mouvements amérindiens, et des principes ontologiques sur lesquels ces demandes se fondent. En d'autres termes, l'intérêt à entreprendre une recherche de cette nature est de comprendre les détails d'une situation sociale complexe, en fournissant quelques éléments de méthodologie pour étudier des situations sociales multi-ethniques potentielle-ment conflictuelles et décisives pour les enjeux écologiques que la région d'étude représente, en ce qui concerne la gestion durable des forêts et de la ressource en eau douce la plus importante de la planète. Il est impératif que ses résultats concernant les conditions sociales de l'application des politiques publiques affectant les populations autochtones parviennent à infléchir sur

les modèles de gestion et de résolution des conflits, entre les décideurs, les parties prenantes et les organisations sociales qui travaillent, tous les jours, sur ces questions.

## Production scientifique et valorisation

6 missions de terrain (Pérou, Brésil, Venezuela, Guyana), 4 colloques internationaux déjà réalisés, 2 colloques en préparation, ainsi qu'un séminaire mensuel à l'EHESS (8 séances, 14 intervenants) et une dizaine de publications constituent à ce jour la production scientifique du projet AMAZ (voir https://amaz.hypotheses.org/). Cette production servira de base à une série de publications scientifiques en cours de consolidation. Parmi les publications publiées, citons :

* Surrallés, A., 2017, « Human rights for nonhumans? », HAU, Journal of Ethnographic Theory, 7 (3) : 211-235.

* Descola, P. 2017. « Les défis conceptuels de l'anthropocène », in G. Boeuf & al. (eds.), L'homme peut-il accepter ses limites ?, Editions Quae : 180-188.

* Erikson, P., Yvinec, C. et Nahum-Claudel, C., 2017, « Indiens sur scènes, étrangers captivés ? Mise en spectacle de la culture et secret », Nuevo Mundo Mundos Nuevos, « Série Colloques ».

* Chaumeil, J.-P., 2017, « Leadership in Movement. Indigenous Political Participation in the Peruvian Amazon », in P. Virtanen (ed.) Creating dialogues: indigenous perceptions and changing forms of leadership in Amazonia, University press of Colorado : 279-304.

* Allard, O., 2018, « The pursuit of sorrow and the ethics of crying », in T. Robben (ed.), A companion to the anthropology of death, Wiley-Blackwell : 117-129.

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Pérou, réunion du gouvernement autonome wampis. Crédit photo : A. Chaparro.

### Le projet AMAZ

**Partenaires:** UMR 7130 LAS (Collège de France), UMR 7186 LESC (CNRS-Université de Paris-Nanterre), Institut Français d'études andines (Pérou, CEA - Université de São Paulo (Brésil), NESSI - Université fédérale de Santa Catarina (Brésil).

### COORDINATEUR

Alexandre Surrallés : alexandre.surralles@ehess.fr
## — Rappel des objectifs

L'objectif général de ce projet est de produire des outils écologiques et des politiques publiques pour la mise en place d'éventuels programmes de migration assistée (MA) d'arbres en France. Les enjeux concernent l'incertitude : a) du type du changement climatique pour un endroit spécifique; b) du degré d'adéquation des populations d'arbres actuelles aux nouveaux climats; et c) de l'équilibre entre la sauvegarde des ressources génétiques locales et les besoins des translocations. Nous cherchons donc des combinaisons de populations et d'espèces d'arbres qui peuvent offrir un équilibre entre les nouvelles conditions et la protection des ressources locales pour la forêt gérée, tout en respectant le principe de précaution. Nous souhaitons collaborer avec les parties prenantes pour trouver des solutions réalistes qui s'adaptent au contexte actuel de la gestion des forêts de protection et de production.

## — Résultats majeurs

Le concept de MA est presque inconnu sur le terrain, même si les gestionnaires sont conscients que les provenances doivent être déplacées dans le futur. Le manque d'effets climatiques forts sur les forêts françaises et l'accent mis sur la régénération naturelle empêchent les forestiers de considérer la MA comme une action nécessaire, au moins pour le court terme. En ce qui concerne les choix de la population d'arbres sur la base de l'exemple de *Abies alba* en Méditerranée, l'utilisation de la théorie de la décision formelle ne réduit pas le nombre de choix possibles car il n'y a pas de meilleure combinaison unique de provenances pour un site cible. Par conséquent, la répartition des risques avec plusieurs provenances constitue encore la meilleure stratégie pour faire face au changement climatique.

## — Production scientifique et valorisation

Le projet a produit plusieurs manuscrits originaux dont sept publications dans des revues de haut rang, ainsi que d'un ou- til Web interactif (https://assistedmigrationtools.shinyapps.io/ seedzones) pour l'observation des variables climatiques liées au changement de la croissance des plantes par rapport au changement climatique. Au moment de la présentation du rap- port, trois autres manuscrits sont en cours d'évaluation par des revues. Le projet a également contribué à un atelier international sur le changement climatique organisé en consortium avec le projet EraNet Biodiversa Tiptree. Les articles scientifiques sui- vants (liste non-exhaustive) sont issus directement du projet :
* M. Benito-Garzon, B. Fady, H. Davi, N. Vizcaino-Palomar, J. Fernandez-Manjarres, Trees on the move: using decision theory to compensate for climate change at the regional scale in forest social-ecological systems. Regional Environmental Change 18, 1427-1437 (2018).

* M. Benito-Garzon, J. Fernandez-Manjarres, Testing scenarios for assisted migration of forest trees in Europe. New Forests 46, 979-994 (2015).

* M. Benito-Garzon, H. D. Minh, N. Frascaria-Lacoste, J. Fernandez-Manjarres, Habitat Restoration and Climate Change: Dealing with Climate Variability, Incomplete Data, and Management Decisions with Tree Translocations. Restoration Ecology 21, 530-536 (2013).

<figure><img src="image_20.png" /></figure>

Zones d'étude où le projet AMTools a évalué la capacité adaptative des parties prenantes en France (Sansilvestri 2015).

* M. Benito-Garzon, H. D. Minh, N. Frascaria-Lacoste, J. F. Fernandez-Manjarres, Extreme Climate Variability Should Be Considered in Forestry Assisted Migration. Bioscience 63, 317-317 (2013).

* R. Sansilvestri, N. Frascaria-Lacoste, J. Fernandez-Manjarres, One option, two countries, several strategies: subjacent mechanisms of assisted migration implementation in Canada and France. Restoration Ecology 24, 489-498 (2016).

* R. Sansilvestri, N. Frascaria-Lacoste, J. F. Fernandez-Manjarres, Reconstructing a deconstructed concept: Policy tools for implementing assisted migration for species and ecosystem management. Environmental Science & Policy 51, 192-201 (2015).

## Le projet AMTools

**Partenaires** : UMR 8079 ESE (UPSUD-CNRS-AgroParisTech), UMR 8568 CIRED (CNRS), UR Ecologie des Forêts Méditerranéennes (INRA), GeeDAAF (Irstea).

## COORDINATEUR

Juan Fernandez-Manjarres : juan.fernandez@u-psud.fr
## — Rappel des objectifs

Le rapport n° 380 présenté en 2016 au Sénat concernant la stra-
tégie française vis-à-vis de la bioéconomie souligne la difficulté
d'implémentation des industries de traitement de la biomasse,
ainsi que la faiblesse de ce secteur de production qui est sou-
mis à d'amples aléas : irrégularités de production en qualité et
quantité, difficulté de l'ancrage territorial, dispersion et variété
de l'approvisionnement, et nervosité de la demande. En effet,
les bioraffineries actuelles s'appuient sur le modèle structurel et
organisationnel des raffineries pétrochimiques. Il en résulte de
fait des systèmes extrêmement spécialisés de par le procédé
mis en œuvre, les matières premières valorisées, et les produits
résultant de la transformation. Ceci constitue donc un obstacle
majeur à l'adaptation de la bioraffinerie face aux aléas.

La problématique sous-jacente à ces constats relève d'un besoin
d'agilité des bioraffineries, au niveau des systèmes physiques et
d'information. Ceci se traduit par la capacité de la bioraffinerie à dét-
tecter les aléas (endogènes et exogènes) et à s'adapter à ces aléas.
Sur le plan scientifique, le projet ARBRE s'intéresse à la carac-
tération et à la conception d'une bioraffinerie agile, en rupture
avec la structure figée héritée de la chimie du pétrole. Il s'agit de
proposer une vision innovante de la structure de la bioraffinerie
où le procédé de transformation est réparti sur différents acteurs
et sites existants (récoltants, sites de traitement et de production,
transporteurs, consommateurs) à l'échelle d'un territoire. Les ac-
teurs interviennent suivant un processus collaboratif, qui est dé-
duit en fonction de la biomasse disponible, du bioproduit ciblé et
du contexte. Le procédé de transformation retenu ainsi que le rôle
des acteurs choisis pour réaliser ce procédé peuvent donc chan-
ger pour s'adapter aux objectifs et aux contraintes du moment.

Cette vision s'appuie sur une économie de fonctionnalité, où les opérations du procédé sont servicisées, les unités et le matériel existants sont réutilisés. Elle facilite aussi la recherche de nouvelles solutions adaptées aux variabilités. Il devient alors envisageable de créer différents procédés alternatifs en fonction de la biomasse utilisée, des bioproduits visés ou du coût, du délai de traitement, de la distance de transport, ou de tout autre caractéristique de l'écosystème (au sens systémique) jugée pertinente par les décideurs.

Cette bioraffinerie est donc à la fois : virtuelle (au sens d'entreprise virtuelle), car elle résulte de la collaboration entre différents acteurs hétérogènes déjà existants ; et agile, car elle s'adapte structurellement à son écosystème.

## — Résultats majeurs

Dans la première partie du projet, un méta-modèle permettant la représentation d'une bioraffinerie en tant que réseau collaboratif et de son écosystème a été développé. Les concepts et relations de ce méta-modèle de la Bioraffinerie Agile permettent de représenter les partenaires potentiels et leurs services (Qui ? Quoi ?), les objectifs de la collaboration (Pourquoi ?), l'environnement et le contexte dans lesquels elle s'inscrit (Où ?) et les indicateurs de performance associés (Comment ?). Ce méta-modèle permet d'organiser et de structurer la connaissance nécessaire à la prise de décision dans le choix des acteurs et de leurs services pour constituer le réseau collaboratif de traitement de la biomasse.
La seconde partie du projet s'intéresse au développement d'un algorithme de correspondance pour déduire automatiquement le processus et le réseau collaboratif pour traiter une biomasse ciblée en un bioproduit donné. Il s'appuie sur la connaissance organisée suivant le méta-modèle sus-cité et la connaissance métier relative aux opérations de transformation (opérations unitaires, équipements).

## — Production scientifique et valorisation

* Houngbé, M., Barthe-Delanoë, A. M., & Négny, S. (2019, Sep-
tembre). Servitization of biomass processing for a virtual biorefi-
nery: Application to the lignocellulosic biomass in a French local
territory. Dans : Working Conference on Virtual Enterprises (à pa-
raître). Springer, Cham.

* Houngbé, M., Barthe-Delanoë, A. M., & Négny, S. (2018, Sep-
tembre). Towards Virtual Biorefineries. Dans : Working Conference
on Virtual Enterprises (pp. 571-580). Springer, Cham.

* Houngbé, M., Barthe-Delanoë, A. M., & Négny, S. (2018, Juin).
Apport d'agilité aux bioraffineries : vers une démarche collabo-
rative et une servicisation des procédés. Dans : MOSIM 2018
Conference Proceedings.

<figure><img src="image_21.png" /><figcaption>Principe de la bioraffinerie agile.</figcaption></figure>

Le projet ARBRE

Partenaires : Laboratoire de génie chimique (ENSIACET), Solagro.

COORDINATRICE

Anne-Marie Barthe-Delanoë :
annemarie.barthe@ensiacet.fr

<figure><img src="image_22.png" /></figure>

<figure><img src="image_23.png" /></figure>

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Étapes / Opérations servicisées
# BACTOWEATHER

## Comprendre et caractériser le rôle des communautés bactériennes dans le cycle des cations nutritifs dans les écosystèmes forestiers

### — Rappel des objectifs

Dans nos régions tempérées, plus de la moitié des écosystèmes forestiers sont développés sur des sols acides et pauvres en cations nutritifs directement accessibles aux racines des arbres. Dans ce contexte, d'ou proviennent les éléments nutritifs nécessaires à la croissance des arbres ? En dehors des nutriments issus des pluies, des dépôts atmosphériques, du recyclage des éléments chimiques contenus dans les racines et feuilles mortes, ce sont les minéraux/rocs du sol qui représentent la principale source en cations nutritifs. Néanmoins les minéraux résiduels présents en sol acide sont peu altérables, rendant difficile l'accès des nutriments aux racines des arbres. Si une part de la solubilisation de ces minéraux est imputable à des mécanismes abiotiques, une autre est attribuable à l'action des organismes vivants, et notamment aux communautés bactériennes du sol, encore faut il le démontrer. C'est dans cette problématique que s'inscrivait ce projet qui visait à déterminer :

1. Quelles sont les communautés bactériennes capables d'altérer les minéraux et quelle est leur distribution ?

2. La nature chimique des minéraux et la disponibilité en cations nutritifs déterminent-elles la distribution et le fonctionnement de ces communautés ?

### — Résultats majeurs

Les minéraux sélectionnent des communautés bactériennes particulières à leur surface qui se différencient de celles du sol environnant. Cette sélection, d'autant plus accentuée que le minéral présente un fort niveau d'altération, semble favoriser les Beta-protéobactéries (Burkholderia et Collimonas) dans les sols forestiers acides. Une approche en microcosme a révélé que les communautés bactériennes actives varient en fonction du type de minéral. Les communautés bactériennes isolées des minéraux présentent des profils métaboliques limités et la capacité à solubiliser les minéraux, faisant de ces taxons de bons bioindicateurs du potentiel de fertilité biologique des sols.

### — Production scientifique et valorisation

* Lepleux *et al.* (2012) Abundance of Beta-Proteobacteria on mineral surfaces correlates with mineral weathering in forest soils. *Applied Environ. Microbiol.* 78:7114-7119

* Lepleux, C., Uroz, S., et al.* (2013) A short-term mineral amendment impacts the mineral weathering bacterial communities in an acidic forest soil. *Res in Microbiol.* 164:729-739

* Uroz, S., et al.* (2014) Structure and function of bacterial communities in ageing soils: Insights from the Mendocino ecological staircase. *Soil Biol. and Biochem.* 69:265-274

* Uroz S. and Oger P. (2015) Burkholderia sp. strain PML1(12), an ectomycorrhizosphere-inhabiting bacterium with effective mineral weathering ability. *Genome announ.* 3 no. 4 e00798-15

* Jeanbille *et al.* (2015) Soil parameters drive the structure, diversity and functions of the bacterial communities across a temperate beech forest soil sequence. *Microbial Ecol.* 71:482-493

* Uroz *et al.* (2015) The Mineralosphere concept: mineralogical control of bacterial communities. *Trends in Microbiology.* 23 : 751-762.

* Kelly *et al.* (2016) Mineral type and solution chemistry affect the structure and composition of actively growing bacterial communities as revealed by bromodeoxyuridine immunocapture and 16S rRNA pyrosequencing. *Microbial Ecol.* 72:428-442.

<figure><img src="image_25.png" /></figure>

Observation au microscope électronique à balayage de la surface d'une particule de minéral (apatite) colonisée par des cellules bactériennes. Les cellules bactériennes sont signalées par des flèches blanches.

* Uroz S., et al. (2016) Specific impacts of beech and Norway spruce on the structure and diversity of the rhizosphere and soil microbial communities. *Sci Rep.* 6: 27756.

* Colin et al. (2017) Mineral type and tree species determine the functional and taxonomic structure of forest soil bacterial communities. *Appl and Environ. Microbiol.* 83. pii: e02684-16.

* Colin et al. (2017) Taxonomic and functional shifts in the beech rhizosphere microbiome across a natural soil toposequence. *Sci Rep.* 29:9604.

* Uroz, S. and Oger, P. (2017) Caballeronia mineralivorans sp. nov., isolated from oak-Scleroderma citrinum mycorrhizosphere. *System. and Appl Microbiol.* 2:423-424.

* Courty et al. (2018) Impact of soil pedogenesis on the diversity and composition of fungal communities across the California soil chronosequence of Mendocino. *Mycorrhiza*. 28:343-356.

**Le projet BACTOWEATHER**

**Partenaires** : UMR 1136 Interactions Arbres/micro-organismes (INRA).

**COORDINATEUR**

Stéphane Uroz : stephane.uroz@inra.fr
# BIOCOP

## Suivi de la biodiversité tropicale avec les satellites Sentinel-2 du programme Copernicus

### Rappel des objectifs

Il y a un besoin urgent d'applications opérationnelles pour le suivi de la biodiversité des forêts tropicales, en raison de leur rôle clé pour la régulation climatique globale et les cycles biogéochimiques et de la menace exercée par l'activité humaine directe et les changements climatiques. Les avancées scientifiques réalisées avec l'imagerie hyperspectrale à haute résolution spatiale démontrent la possibilité de cartographier cette biodiversité, mais cette technologie n'est pas adaptée pour un suivi à grande échelle. Les satellites Sentinel-2 sont actuellement la meilleure opportunité pour transposer les méthodes existantes pour un suivi opérationnel par satellite, et leur potentiel doit être évalué. Le projet BIOCOP veut répondre au besoin de surveillance opérationnelle des milieux naturels et notamment des forêts tropicales, en identifiant le potentiel et les limites de Sentinel-2 pour cartographier la biodiversité de ces forêts. Nous proposons une approche de passage à l'échelle, depuis des observations de terrain jusqu'aux données satellitaires, en nous appuyant sur des données d'imagerie hyperspectrale aéroportée lorsque celles-ci sont disponibles, et en combinant les données expérimentales avec des outils de modélisation physique. Après validation de notre méthodologie, nous l'appliquerons à l'échelle de territoires pour lesquels le suivi de la biodiversité est un enjeu prioritaire, tels que la Guyane Française et le Cameroun.

BIOCOP s'appuie sur une collaboration entre écologues tropicaux, experts en télédétection et physiciens, permettant l'accès à des observations de terrain, des données d'imagerie aéroportée, et des outils de modélisation du transfert radiatif 3D. Il s'appuie également sur une infrastructure nationale donnant accès aux données satellite, ainsi qu'à des possibilités de transfert méthodologique pour une dissémination optimale des résultats issus de la recherche auprès des utilisateurs finaux des produits de télédétection.

### Résultats majeurs

Le projet BIOCOP a permis le démarrage d'une thèse, intitulée « Potentiel des données satellites multispectrales Sentinel-2 pour la caractérisation de la biodiversité des forêts en milieux tropicaux : étude de l'échelle locale à l'échelle régionale » et réalisée par Éric Chraïbi. Dans le cadre de cette thèse, Éric Chraïbi travaille sur l'analyse de données issues de télédétection acquises sur des sites d'étude localisés notamment en Guyane Française et au Cameroun.

Dans le cadre du projet, un package a été créé dans le langage R. Le package biodivMapR est mis à disposition du public et fait l'objet d'une publication dans la revue internationale a comité de relecture *Methods in Ecology and Evolution*. Le package biodivMapR intègre l'ensemble de la chaine de traitement permettant de produire des cartes de diversité α et β, à partir de données optiques, y compris des images multispectrales et hyperspectrales, mais aussi d'autres types d'images.

<figure><img src="image_26.png" /></figure>

Illustration d'une image Sentinel-2 (canaux rouge, vert et bleu, haut) et des cartes de diversité α (milieu) et β (bas) correspondantes, produites à l'aide des méthodes développée dans le package R biodivMapR.
Crédits : J.-B. Féret, Irstea.

### Production scientifique et valorisation

Publication :

* Féret J.-B. & de Boissieu F. (submitted) biodivMapR: an R package for α- and β-diversity mapping using remotely-sensed images, Methods in Ecology and Evolution.

Chapitres d'ouvrage :

* Tusa A. et al. (2019) Fusion of hyperspectral imaging and LiDAR for forest monitoring. In Hyperspectral Imaging, eds. Jose Manuel Amigo, Elsevier. In Press.

* Bajjouk T. et al. (2019) Applications in Remote Sensing - Natural Landscapes. In Hyperspectral Imaging, eds. Jose Manuel Amigo, Elsevier. In Press.

Conférences :

* Féret J.-B. et al. α- and β-diversity mapping in tropical forests using Sentinel-2 imagery. Living Planet Symposium, Milan (Italy), May 2019.

* Féret J.-B. & Barbier N. S2 BOA reflectance in the context of tropical rainforest: preliminary illustration of the challenges for the extraction of vegetation properties. THEIA workshop 'Sentinel-2 L2A MAJA products', Toulouse, June 13-14 2018.

**Le projet BIOCOP**

Partenaire : UMR TETIS (Irstea).

**COORDINATEUR**

Jean-Baptiste Féret : jb.feret@teledetection.fr
# BIOFILTREE
## Filtration biologique pour la réduction des éléments traces dans la biomasse des arbres

### — Rappel des objectifs

L'idée centrale du projet BIOFILTREE repose sur l'utilisation d'espèces ligneuses et de leurs micro-organismes associés comme couverture biologique pour stabiliser les sols contaminés par des contaminants métalliques et ainsi réduire leur transfert dans la biomasse exploitable. Le choix des espèces d'arbres utilisables en phytorestoration doit reposer sur des essais de terrain à grande échelle, car chaque sol présente des historiques et des conditions environnementales qui lui sont propres. Le succès d'un projet de phytostabilisation passera par un certain nombre d'étapes dans la vérification de la faisabilité de la technologie, la sélection des plantes et la conception de l'aménagement du site de phytostabilisation. Pour arriver à ce concept, le projet reposait sur :

* le choix pertinent d'espèces ligneuses et de consortiums microbiens pour implantation sur des terrains contaminés

* l'évaluation de la performance de bioremediation intégrée et le développement de marqueurs moléculaires pour améliorer la sélection des plantes et des micro-organismes en phytotechnologies

* l'obtention d'une évaluation socio-économique en vue d'une éventuelle exploitation de la technologie.

### — Résultats majeurs

Les principaux défis ont été atteints :

1/ la mise en œuvre de 3 ha d'essais de peupliers pour démontrer que l'inoculation mycorhizienne améliore significativement la biomasse produite ;

2/ la caractérisation des communautés microbiennes des sols contaminés à l'aide des technologies récentes ;

3/ l'isolement des microbes endophytes qui représentent des ressources potentielles pour les technologies de biorestauration à base de ligneux ;

4/ la réalisation en pilote d'essais de la filière torréfaction et pyrolyse pour valoriser la phytomasse ;

5/ l'évaluation économique du concept. BIOFILTREE continue au travers de deux projets en cours, PROLIPHYT (ADEME) et PHYTOCHEM (ANR).

### — Production scientifique et valorisation

Ce projet s'est avéré extrêmement productif. Quatorze manuscrits ont été publiés en 5 ans, 2 autres manuscrits sont à mettre ou en révision. Il a donné lieu à près de 20 communications (orales et posters) à des congrès internationaux ou nationaux, et à près d'une dizaine de séminaires techniques et 2 contributions dans les journaux de vulgarisation « la Recherche » et « Environnement Magazine ». Il a aussi débouché sur les projets ANR-PHYTOCHEM (2014-2018) et ERA-NET-SusCrop-H2020 NETFIB (2019-2022).

* Assad M et al. (2016). Chemosphere, 146:1-7. doi: 10.1016/j.chemosphere.2015.11.103

* Pottier M et al. (2015). Environmental Pollution. 199 : 73-82. DOI: 10.1016/j.envpol.2015.01.010

* Zappelini C et al. (2015). Soil Biol Bioch 90: 101-110. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.soilbio.2015.08.008

* Lacercat-Didier L et al. (2016). Mycorrhiza. 26:657-671. DOI 10.1007/s00572-016-0699-y.

<figure><img src="image_27.png" /></figure>

Impact de l'inoculation par un consortium de champignons symbiotiques sur la croissance de peupliers cv Skado sur le site de Pierrelaye, après 2 années de culture. Les peupliers ont été soit inoculés (droite, soit non inoculés, gauche).

* Berthelot C et al. (2016) FEMS Microbiology Ecology. Oct;92(10). pii: fiw144. doi: 10.1093/femsec/fiw144.

* Foulon J et al. (2016) FEMS Microbiology Ecology (2016) 92 (10): fiw163. DOI: https://doi.org/10.1093/femsec/fiw163

* Foulon J et al. (2016) of the Total Environment. 571:1230-1240. DOI /10.1016/j.scitotenv.2016.07.151.

* Bert V et al. (2017) Biomass and Bioenergy, 96,1-11.

* Asad M et al. (2017) Industrial Crops & Products, 107 :63-72 ; doi.org/10.1016/j.indcrop.2017.05.028

* Ciadamidaro L et al. (2017) Environmental & Experimental Botany, 139: 48-56.

http://dx.doi.org/10.1016/j.envexpbot.2017.04.004

* Durand A et al. (2017) Microbial Ecology, 74 :795-809. DOI: 10.1007/s00248-017-0984-0.

* Phanthavongsa P et al. (2017) & Experimental Botany, 143 :72-81. https://doi.org/10.1016/j.envexpbot.2017.08.012

* Berthelot C et al. (2018) Mycorrhiza. 28(3):301-314. doi: 10.1007/s00572-018-0826-z.

* Assad M et al. (2018) Journal of Environmental Quality 47(6) : 1496-1503. doi:10.2134/jeq2018.03.0106.

## Le projet BIOFILTREE

**Partenaires** : UMR 6249 Laboratoire de Chrono-Environnement (Université de Franche-Comté), INERIS, Agronutrition, ROCHE LTEE - Groupe conseil, Department of Natural Resource Sciences Mc Gill University (Canada), Université de Laval (Canada), Université de Sherbrooke (Canada).

## COORDINATEUR

Michel Chalot : michel.chalot@univ-fcomte.fr
# BIOMANGO

## BIOdiversité et fonctionnement des écosystèmes
dans les MANgroves de Guyane française : perspectives
pour une gestion de l'écO système dans son contexte
amazonien

### Rappel des objectifs

Les mangroves fournissent des services écosystémiques irremplaçables. 60 % des mangroves françaises se situent sur le littoral guyanais qui est adapté aux perturbations sédimentaires récurrentes liées à la migration de bancs de vase en provenance de l'Amazone. L'action de creusement dans le sédiment des littoraux par les organismes fouisseurs (appelée bioturbation) joue un rôle clé dans le fonctionnement de la zone critique.

Les objectifs : 1) identifier la diversité des organismes fouisseurs au cours du développement d'une jeune mangrove, 2) évaluer le rôle joué par ces organismes dans le fonctionnement des mangroves de Guyane, 3) apporter des outils scientifiques pour la gestion et la restauration des mangroves, 4) transférer les connaissances scientifiques vers le public d'âge scolaire (primaire, collège et lycée).

### Résultats majeurs

Malgré une faible biodiversité des organismes fouisseurs, ces communautés changent aussi rapidement que la mangrove croît. L'abondance élevée des organismes de petites tailles (vers et crustacés), la persistance de certaines espèces, et la forte bio-masse des crabes associée au système racinaire des palétuviers, maintiennent une forte intensité de bioturbation au cours du développement de la mangrove. Cela favoriserait la circulation de l'eau, des débris organiques, des gaz dissous et des nutriments au sein des sédiments, ce qui *in fine*, stimulerait la croissance de la mangrove.

Les résultats acquis par les scientifiques lors du projet ont été transmis au public d'âge scolaire par des actions pérennes : 1) en France métropolitaine, un atelier pédagogique dédié aux classes de seconde dans le cadre du programme « à l'école de l'océan » proposé par Océanopolis ; 2) En Guyane, une formation spécifique sur l'écologie de la mangrove aux enseignants du secondaire (GRAC, Groupe Action Recherche).

### Production scientifique et valorisation

BIOMANGO a participé à la formation de 4 doctorants, 1 post-doc, 10 Masters, et 2 techniciens. Les résultats sont valorisés par 16 publications scientifiques de rang A (7 publiées, 3 en révisions et 6 en cours d'écriture), un livre et 13 communications orales à l'échelle internationale.

Publications dans des revues internationales de rang A :

► Aschenbroich, A., E. Michaud, T. Stieglitz, F. Fromard, A. Gardel, M. Tavares, G. Thouzeau. 2016. Brachyuran crab community structure and associated sediment reworking activities in pioneer and young mangroves of French Guiana, South America. *Estuarine Coastal and Shelf Science*, 182, 60-71. DOI: 10.1016/j.ecss.2016.09.003.

► Aschenbroich, A., E. Michaud, F. Gilbert, F. Fromard, A. Alt, V. Le Garrec, I. Bihannic, A. de Coninck, G. Thouzeau. 2017. Bioturbation functional roles associated with mangrove development in French Guiana, South America. *Hydrobiologia*, 794: 179-202. DOI: 10.1007/s10750-017-3093-7.

► Brunier, G., J. Fleury, E.J. Anthony, V. Pothin, C. Vella, P. Dussouillez, A. Gardel, E. Michaud. 2016. Structure-from-Motion photogrammetry for high-resolution coastal and fluvial geomorphic surveys. *Geomorphology: Relief, Processes, Environment*, 22, 2, 15-29. DOI: 10.4000/11358.

<figure><img src="image_28.png" /></figure>

Site d'étude du projet BIOMANGO à la sortie de l'estuaire du Sinnamary (Guyane) : un banc de vase colonisé par une jeune mangrove à *Avicennia germinans* et entrecoupé de criques, favorables à la multiplication des habitats pour la biodiversité benthique. Vue aérienne prise par drone. Crédit photo : Jules Fleury, Université Aix Marseille.

► Ray, R., E. Michaud, R. C. Aller, V. Vantrepotte, G. Gleixner, R. Walcker, J. Devesa, M. Le Goff, S. Morvan, G. Thouzeau. 2018. Sources and distribution of carbon (DOC, POC, DIC) in a mangrove dominated estuary (French Guiana, South America). *Biogeochemistry*, DOI: 10.1007/s10533-018-0447-9.

► Rayman, S., Aller, R.C., Cochran JK. 2016. Cosmogenic 32Si as a tracer of biogenic silica burial and diagenesis: Major deltaic sinks in the silica cycle. *Geophysical Research Letters*, 43(13): 7124-7132. DOI: 10.1002/2016GL069929.

► Walcker, R., L. Gandois, C. Proisy, D. Corenblit, É. Mougin, R. Ray, F. Fromard. 2018. Control of 'blue carbon' storage by mangrove ageing: evidence from a 66-year-chronosequence in French Guiana. *Global Change Biology*, doi.org/10.1111/gcb.14100

► Walcker R., Anthony E. J., Cassou C., Aller R. C., Gardel A., Proisy C., Martinez J-M. & Fromard F. 2015 Fluctuations in the extent of mangroves driven by multi-decadal changes in North Atlantic waves. *Journal of Biogeography*, 42, 2209-2219.

Livre :

► Burgos A., Cormier-Salem, M-C., Fromard F., Gardel A., Hosaert-McKey, Imbet D., Lefaive J., Marchand C., Michaud E., Proisy C., Walcker R. *Mangrove, une forêt dans la mer*. Paru le 2 février 2018. Eds Cherche-Midi. Direction scientifique de l'ouvrage : F. Fromard, E. Michaud, M. Hossaert-McKey. 167 p. ISBN 978-2-7491-5764-1

Documentaire télévisé :

► « Le monde de Jamy : des forêts et des hommes », France 3, 15 juillet 2015.

## Le projet BIOMANGO

**Partenaire** : UMR 6539 LEMAR (Université Bretagne Ouest-CNRS-Lfremer-IRD).

## COORDINATEUR

Emma Michaud : emma.michaud@univ-brest.fr
# BIOPICK
## Émulsions de pickering stabilisées par des nanoparticules issues de la biomasse

## — Rappel des objectifs

L'objectif général de ce travail a été de montrer comment le bois peut être valorisé sous forme de particules pour la stabilisation d'émulsions de Pickering. La valorisation de la biomasse pour des applications de haute valeur ajoutée est un véritable défi scientifique, technologique et environnemental. Ces recherches constituent une réponse aux axes « Matériaux et procédés » et « Nanomaterials et nanotechnologies pour les produits du futur » dans le cadre du défi « Stimuler le renouveau industriel » proposé par l'ANR pour la substitution de surfactifs issus de la pétrochimie par des matériaux naturels, renouvelables et biodégradables. Le développement de méthodes de caractérisation, aux échelles nano- et micrométriques, doit permettre la compréhension des mécanismes de stabilisation des émulsions, directes, inverses et multiples.

## — Résultats majeurs

Le bois possède des fonctionnalités natives qui lui confèrent des propriétés hydrophiles et hydrophobes pour se placer aux interfaces et stabiliser des émulsions de Pickering. Le bois, matériau biosourcé et renouvelable, apparaît comme un candidat d'intérêt. Le bois et la forêt sont des puits de carbone. Valoriser les sous-produits du bois non utilisés vers des applications durbables est un enjeu climatique.

Une méthode de préparation de particules a été mise au point à partir de différentes essences de bois. Une sélection des particules permet d'affiner la distribution en taille de particules, qui passe d'une distribution grossière < à 40 µm, à une distribution fine centrée autour de 200 nm.

Les études de caractérisation de surface ont montré que les particules de bois sont bien responsables de la stabilisation d'émulsions.

Aux interfaces eau/air, une relation a été établie entre la concentration en particules dans l'eau et la vitesse de diminution des tensions superficielles.

Ce projet a permis de démontrer la capacité des particules de bois à stabiliser des émulsions directes, inverses et multiples, avec les particules localisées à l'interface eau/huile.

Des études multiparamètres ont permis de comparer l'efficacité d'émulsification et de stabilisation d'émulsions en fonction des paramètres de procédés d'émulsification et de formulation.

En formulation, des bornes de concentration en particules, en fraction volumique ont été déterminées. Les influences du pH et de la salinité ont été étudiées.

Les émulsions de Pickering stabilisées par des particules de bois présentent dans leur ensemble un comportement rhéoflui-difiant. Une différence d'impact des technologies d'agitation sur la rhéologie a été notée.

Ces émulsions stabilisées par les particules de bois ont été utilisées pour former des matériaux qui entrent dans la catégorie de super-isolants.

Enfin, une étude a été réalisée pour préparer le changement d'échelle de travail et se diriger vers des échelles TRL supérieurs à 4.

Ce travail s'est montré exploratoire du potentiel du bois pour la stabilisation des émulsions de Pickering. Les résultats de ce projet offrent de très nombreuses perspectives pour étendre l'utilisation du bois pour la stabilisation des émulsions de Pickering, en chimie, dans les peintures, les cosmétiques ou les détergents...

<figure><img src="image_29.png" /></figure>

Crédit photos : Romain Valentin.

## — Production scientifique et valorisation

Articles scientifiques :

* C. Jiménez Saelices, I. Capron, Design of Pickering Micro- and Nanoemulsions Based on the Structural Characteristics of Nano-celluloses, Biomacromolecules 2018 19 (2), 460-469.

* C. Jimenez-Saelices, B. Seantier, Y. Grohens, I. Capron, Thermal Superinsulating Materials Made from Nanofibrillated Cellulose-Stabilized Pickering Emulsions, ACS Applied materials & interfaces 10(18), 16193-16202

Communications orales :

* C. Jiménez Saelices, Pickering emulsions stabilized by cellulose nanocrystals and nanofibrillated cellulose: characteristics and properties, GDR SYMBIOSE, 29 - 1er Juin 2017, La Grande-Motte.

* F. Vasquez, R. Valentin, Z. Mouloungui, E. Ré, Study of bio-sourced particles for oil-in-water emulsion stabilization. AOCS 17th Latin American Congress and Exhibition of fats, oils and lipids Cancun (Mexique), 11-14 septembre 2017.

Communications par Poster :

* R. Valentin, F. Vasquez, Z. Mouloungui, Pickering emulsions stabilized by wood particles, RRB-15 Toulouse, 3-5 June 2019.

* F. Vasquez, R. Valentin, Z. Mouloungui, Travail de recherche doctorale sur les émulsions de Pickering, Doctoriales, 18-23 juin 2017, Albi.

Brevet :

* Émulsion et émulsion multiple de Pickering avec des particules de bois, R. Valentin, Z. Mouloungui, F. Vasquez, S. Tapin-Lingua, I. Capron, C. Jimenez-Saelices, FR859602, 17/10/2018.

Thèse de Doctorat INPT :

* VASQUEZ Francisco (01-04-2019) Emulsions de Pickering stabilisées par des particules de bois.

## Le projet BIOPICK

**Partenaires :** UMR 1010 Laboratoire de Chimie Agro-industrielle (INRA-INP), ENSIACET, UR 1268 Biopolymères Interactions Assemblages (INRA), Institut technologique (FCBA).

## COORDINATEUR

Romain Valentin : romain.valentin@toulouse-inp.fr
### Rappel des objectifs

Les forêts sont des écosystèmes de grand intérêt à l'échelle globale, car elles constituent à la fois d'importants puits de carbone et ont un rôle crucial dans les rétroactions de la biosphère sur le climat, tout en cristallisant de nombreux enjeux à l'échelle locale (biodiversité, production de bois, aspects récréatifs). Les changements globaux ont un impact direct sur la productivité forestière en modifiant les conditions abiotiques environnementales, comme le climat, mais ce fonctionnement est aussi modifié de façon indirecte, à travers l'impact des changements globaux sur la répartition des espèces et la composition en espèces. Pourtant, nous ne disposons toujours pas d'une approche intégrative qui considérerait les deux types d'effets (directs et indirects). Le but de BIOPROFOR était de combler ce manque, en proposant d'établir des prédictions de l'effet de la biodiversité sur la productivité des écosystèmes forestiers de montagne - écosystèmes-modèles identifiés comme particulièrement sensibles au changement climatique - en prenant en compte l'effet de facteurs biotiques et abiotiques depuis l'échelle régionale jusqu'à l'échelle locale. Les objectifs du projet étaient donc les suivants : 1/ Comment la composition des communautés influie-t-elle sur la productivité forestière et à travers quelle(s) composante(s) (richesse en espèces, diversité fonctionnelle...) ?

2/ Comment les conditions environnementales affectent-elles la relation diversité-productivité à l'échelle locale, le long de gradients environnementaux ?

3/ Peut-on établir des scénarios de changements de biodiversité et de productivité forestière en fonction de la réponse aux changement globaux ?

Pour mener à bien ces objectifs, le projet a reposé sur des résultats issus d'observations le long de gradients écologiques *in situ* et de travaux de modélisation.

### Résultats majeurs

Ce projet a permis de montrer comment la diversité en arbres pouvait influencer le fonctionnement des écosystèmes forestiers et leur stabilité, et comment les conditions climatiques pouvaient modifier ces relations. Les résultats issus de modélisation

montrent en effet une sensibilité forte de la productivité à la composition en espèces, et suggèrent également que les extinctions locales dues au changement climatique vont avoir un impact négatif sur le fonctionnement, plus fort que l'effet direct du climat sur la physiologie. Quant aux analyses des données de terrain, elles montrent que les placettes monospécifiques ont une variabilité plus forte dans les valeurs de densité de bois. Ces résultats suggèrent donc le rôle primordial de la richesse spécifique et sa composition dans la productivité des écosystèmes forestiers, tant au niveau inter-spécifique qu'intra-spécifique.

Sur le long terme, BIOPROFOR a permis d'initier un réseau de placettes semi-permanentes de peuplements forestiers monospécifiques et mélangés le long de gradients environnementaux (GMAP, https://oreme.org/observation/foret/gmap/), ainsi que le développement du modèle ForCEEPS (http://capsis.cirad.fr/capsis/help_en/forceeps), permettant de simuler des peuplements mélangés selon diverses conditions climatiques. Ces deux outils ont depuis été inclus dans plusieurs projets nationaux et internationaux.

### Production scientifique et valorisation

Ce projet a mené à la publication de 7 articles dans de très bons journaux généralistes et en écologie (Nature Scientific Reports, Ecology Letters, Functional Ecology, Diversity & Distributions), et à 15 communications internationales et nationales.

**Le projet BIOPROFOR**

Partenaires : UMR 5175 CEFE (CNRS), UMR 5553 LECA (CNRS-Université Grenoble Alpes-Université Savoie Mont-Blanc).

**COORDINATEUR**

Xavier Morin : xavier.morin@cefe.cnrs.fr

<figure><img src="image_30.png" /></figure>

Richesse spécifique finale

Relation entre richesse spécifique et productivité simulée en conditions actuelles (ligne noire) et en conditions futures (ligne en couleur), pour un site dont la productivité moyenne augmente avec le changement climatique [à gauche], et pour un site dont la productivité moyenne diminue avec le changement climatique [à droite]. Les flèches représentent la tendance moyenne sur la productivité. À droite, pour le sites expérimentant des conditions futures plus sévères vis-à-vis de la croissance des arbres, la pente de la droite rouge est plus forte que la droite noire, montrant que l'effet diversité sur la productivité est accru en conditions futurs, à l'inverse du paneau de gauche. D'après Morin X. et al. 2018. Long-term response of forest productivity to climate change is mostly driven by change in tree species composition. *Scientific Reports*. 8, 5627.
# BIOTERRA

## Maîtriser la prolifération microbienne dans des produits biosourcés pour des bâtiments sains et durables

### — Rappel des objectifs

L'état de l'art montre qu'il existe depuis plusieurs années un regain d'intérêt pour l'utilisation de la terre crue à l'intérieur des bâtiments pour de multiples raisons (écologiques, esthétiques, patrimoniales et de confort). L'étude de la littérature montre qu'il est fréquent de renforcer et d'alléger ces matériaux en terre crue par l'ajout de matières végétales. La terre crue avec ou sans matière végétale est connue pour être un matériau sain et l'objectif principal du projet BIOTERRA est de démontrer scientifiquement l'absence de prolifération microbienne à la surface de ces matériaux dans des conditions normales d'exposition à l'intérieur des bâtiments.

Ainsi, pour atteindre cet objectif principal, le projet BIOTERRA s'est organisé autour de différentes tâches visant à atteindre les objectifs secondaires suivants :

* Formuler et caractériser des briques et des enduits adjuvantés de fibres ou de granulats végétaux afin de vérifier si ces ajouts permettent d'améliorer les performances de ces matériaux de construction en terre crue.

* Développer des méthodologies innovantes pour prélever et identifier les souches microbiennes à l'intérieur de plusieurs ouvrages en terre crue ainsi qu'étudier les conditions de prolifération de ces souches microbiennes sur des produits biosourcés en terre crue,

* Et, en cas de prolifération, proposer des solutions de lutte microbiologique à appliquer sur ces produits.

### — Résultats majeurs

Les résultats sur les briques ont montré que l'ajout de faibles quantités de matières biosourcées (3 et 6 %) réduit les performances mécaniques tout en améliorant trop faiblement l'isolation thermique. Cet intermédiaire entre terre crue seule et mélanges type terre-paille (15 % massique environ) ne semble donc pas pertinent. Par contre, les propriétés hygrothermiques mesurées sur briques et sur enduits ont confirmé l'intérêt de la terre pour améliorer le confort intérieur. De plus, des avancées importantes ont été réalisées, elles concernent la formalisation et la validation d'un ensemble de méthodes d'essais réutilisables et reproducibles pour la caractérisation des enduits de terre crue fibrée.

Concernant la partie microbiologique du projet, les résultats ont permis de confirmer les qualités sanitaires de la terre crue avec ou sans matière biosourcée à l'intérieur des bâtiments. L'analyse par métabarcoding des communautés bactériennes et fongiques issues des prélèvements de neuf bâtiments a permis de constiter une première base de données des micro-organismes présents naturellement sur ce type de support utilisés dans l'habitat. Les principaux taxons identifiés sont associés à : i) des environnements extérieurs et intérieurs conventionnels dans le cas des champignons et ii) aux poussières intérieures ou à l'environnement extérieur type sol dans le cas des bactéries. De plus, des essais de prolifération réalisés en laboratoire (LMDC/LGC/LRSV) ont montré l'absence de prolifération microbienne à la surface des matériaux en terre crue, même avec des matières biosourcées, dans des conditions normales d'utilisation de ces matériaux.

<figure><img src="image_31.png" /></figure>

a) Prélèvements in-situ, b) Essai de prolifération. Crédit photos : Jean-Emmanuel Aubert. c) Fabrication de plaque d'enduits. Crédit photo : Fabrice Rojat.

<figure><img src="image_32.png" /></figure>

<figure><img src="image_33.png" /></figure>

### — Production scientifique et valorisation

Ce projet a permis la publication de 10 articles scientifiques internationaux (et au moins cinq supplémentaires devraient être soumis dans les prochains mois), 9 communications internationales et 11 communications dans des conférences françaises. De plus, à la suite de ce projet (début 2017), le CTMNC a coordonné la rédaction d'une norme sur les briques de terre crue et 4 partenaires du projet BIOTERRA (LMDC, Cerema, LGCB et CTMNC) font partie du comité de rédaction de cette norme.

**Le projet BIOTERRA**

**Partenaires :** Laboratoire Matériaux et Durabilité des Constructions (Université Toulouse III Paul Sabatier), Cerema, Laboratoire de Génie Civil et Bâtiment (ENTPE), UMR 5503 Laboratoire de Génie Chimique (Université Toulouse III Paul Sabatier), UMR 5546 Laboratoire de Recherche en Sciences Végétales (Université Toulouse III Paul Sabatier), Centre Technique de Matériaux Naturels de Construction, Agencement-structure, Agronutrition, Carrières du Boulonnais.

**COORDINATEUR**

Jean-Emmanuel Aubert :
jean-emmanuel.aubert@univ-tlse3.fr
# CHEMLIVAL

## Valorisation chimique des Lignines : application en chimie fine et polymères techniques

### Rappel des objectifs

CHEMLIVAL vise la découverte de voies de production de molécules aromatiques à partir de lignines, préférentiellement par catalyse hétérogène, avec comme applications à long terme la synthèse de molécules bioactives ou de polymères techniques. En effet, la lignine, une bioressource non-alimentaire, est potentiellement valorisable pour l'obtention de synthons aromatiques à des fins de production de molécules bioactives et polymères techniques. Ces dernières applications visent à développer des procédures respectueuses de l'environnement alternatives aux voies « pétrochimiques » pour la synthèse de molécules organiques élaborées en valorisant la biomasse lignocellulosique. Ces méthodes permettraient aussi de répondre à de nombreuses préoccupation sociétales et industrielles. Pour ce faire, le projet réunit trois partenaires académiques (IRCELYON, ICBMS et C2P2) et deux partenaires industriels (FCBA et Novasep Process).

### Résultats majeurs

Ainsi, dans le cadre du projet, une méthode de production de lignine de haute pureté à partir de liqueurs noires d'usine Kraft a été mise au point dans le cadre du projet (FCBA). La lignine est précipitée par acidification d'une liqueur noire avec du CO2. Après lavage et séchage, la lignine a une pureté d'environ 96 %. Novasep a notamment travaillé sur la désulfatation de cette derrière. La majeure partie des études a porté sur la dépolymérisation de cette lignine par ozonolyse (FCBA), ou par catalytique homogène (ICBMS) et hétérogène (IRCELYON, C2P2). Les travaux réalisés en dépolymérisation catalytique de la lignine, en réacteur batch ou « trickle-bed » continu, ont permis de développer des catalyseurs et protocoles d'extraction conduisant à trois fractions bien distinctes : des monomères monoaromatiques (15-20 %<sub>mas</sub>), des oligomères (fragments inférieurs de lignine, produits polyinsaturés issus de la dégradation des cycles aromatiques) (65-70 %<sub>mas</sub>), et une partie de lignine réfractaire (10-15 %<sub>mas</sub>) (IRCELYON). Optimisées à l'aide d'un modèle cinétique, les procédures développées conduisent à env. 0.8 %<sub>mas</sub> de guaiacol en conditions hydrothermales (azote) ou env. 5 %<sub>mas</sub> de vanille en conditions oxydantes (air). À court terme, la fraction la plus facilement valorisable est celle constituée d'oligomères.

En application « chimie fine » (IRCELYON), la transformation palladocatalysée des acides benzoïques donne des diphényles et autres stilbènes par couplage décarboxylant. Après optimisation, le système catalytique (0.1 éq. PdCl2, 0.75 éq. Cu(OH)<sub>2</sub>,

K₂CO₃,DMSO) donne les biaryles correspondants avec des rendements pouvant atteindre 70 %. Les stilbènes sont quant à eux obtenus avec des rendements atteignant 78 %. Parallèlement, nous avons étudié la décarboxylation sélective des dérivés coumariques qui permet l'obtention de styrènes hautement fonctionnalisés. Le système catalytique (PEG-6000, Cu(OH)<sub>2</sub> 5 %mol, 1,10-Phénantroline 6 %mol) s'est révélé très efficace et a abouti à la mise au point d'un procédé de synthèse de styrènes à l'échelle laboratoire illustré à travers la décarboxylation de différents précurseurs (charge de 5g).

Concernant l'ACV (FCBA), le scénario de fin de vie considéré correspond à 48 % de recyclage, 32 % d'incinération et 20 % de mise en décharge. L'impact sur le changement climatique de la production et de la fin de vie de 1 kg de lignine est de 2,91 kg CO₂, soit environ 34 % de moins que pour 1 kg de phénol. Si l'on considère la production de la colle, utiliser 40 % de lignine à la place de phénol, par rapport aux impacts environnementaux totaux de la colle, permet de réduire de 7 % l'impact sur le changement climatique. Utiliser de la lignine à la place du phénol permet donc de contribuer à la réduction de l'impact environnemental sur le changement climatique. En termes d'analyse de cycle de coûts, l'utilisation de lignine en remplacement du phénol n'a pas un impact majeur.

### Production scientifique et valorisation

* ICMCB : Eur. J. Org. Chem., 2014, 781-787; Ind. Engineer. Chem. Res., 2015, 54, 6046-6051; Tet. Lett., 2015, 56, 2517-2520.

* IRCELYON : Top Catal., 2014, 57, 1430-143; Green Chem., 2014, 16, 3089-3097; Appl. Catal. A: Gen., 2018, 560, 132-143.

* IRCELYON/FCBA : 2019, doi.org/10.1007/s13399-019-00435-z.

* Plateforme de production de lignines à l'échelle de 15 kg de lignine purifiée par semaine.

**Le projet CHEMLIVAL**

**Partenaires** : UMR 5256 IRCELYON (Université de Lyon), UMR 5246 ICBMS (Université Lyon1), FCBA, UMR 5265 C2P2 (CNRS), Novasep.

**COORDINATEUR**

**Laurent Djakovitch** :
laurent.djakovitch@ircelyon.univ-lyon1.fr

<figure><img src="image_34.png" /><figcaption>Schéma récapitulatif du projet CHEMLIVAL.</figcaption></figure>
# CLIMTREE

## Ecological and socioeconomic impacts of climate-induced tree diebacks in highland forests

### — Rappel des objectifs

Le dépérissment forestier lié aux sécheresses et aux pullulations de quelques insectes ravageurs s'est intensifié de manière globale, en conséquence directe du changement climatique. Les résineux des forêts de montagne sont parmi les essences les plus atteintes mais peu d'études d'ampleur ont cherché à déterminer l'impact de leur mortalité massive sur ces écosystèmes importants. Le projet CLIMTREE vise donc à comprendre d'une part la réponse des invertébrés, d'importance majeure dans le fonctionnement des écosystèmes, à ces changements environnementaux et d'autre part l'attitude des différents usagers de la forêt face à ces dépérissements massifs et aux menaces induites sur la biodiversité, en France (sapin, Pyrénées), en Allemagne (épicéa, Bavière) et en Chine (pin, Yunnan).

* Quantifier l'impact du changement climatique et de la gestion forestière sur les communautés d'invertébrés en forêt de montagne. Pour le volet écologique, vu l'échelle géographique du projet et l'hyperdiversité des Invertébrés, une approche génomique a facilité la caractérisation de la richesse spécifique. Utilisant les techniques de méta-codes-barres ADN, les échantillons de centaines de pièges à insectes et de prélèvements de sol ont été séquencés pour obtenir une vision globale des communautés d'invertébrés. Les milieux forestiers échantillonnés ont été sélectionnés sur un gradient croisant l'intensité du dépérissment aux échelles du peuplement et du paysage, et l'exploitation ou non des arbres dépérissants et morts par les gestionnaires. L'objectif méthodologique majeur était de développer des méthodes simples et standardisées, efficaces, peu coûteuses et répétables pour faciliter la description de la faune. In fine, cette large étude permettra de déterminer les potentiels changements de composition ou de richesse spécifique du milieu, tout en servant de point temporel initial à la bio-surveillance de ces écosystèmes en parallèle de l'évolution du climat.

* Comprendre les enjeux socio-économiques afin d'améliorer les plans d'aménagement en forêt de montagne. Outre leur intérêt sur le plan écologique, les forêts de montagne sont aussi des espaces à enjeux économiques, récréatifs et culturels de première importance pour les habitants, les touristes ainsi que les propriétaires et gestionnaires forestiers. Dès lors, comprendre la perception des dépérissements par les différents usagers et évaluer leurs attentes et leurs capacités d'action est primordial pour co-construire les aménagements forestiers futurs et proposer des mesures intégratives. La recherche de solutions conciliant la production de bois, la conservation de la biodiversité y compris celle liée aux dépérissements, l'attractivité des territoires (en termes de cadre de vie et d'activités touristique) et les capacités d'adaptation des forêts d'aujourd'hui aux climats de demain est donc au cœur de CLIMTREE.

### — Résultats majeurs

Un réseau de 116 placettes (56 dans les sapinières des Pyrénées françaises, 30 dans les pessières du Bavarian Forest National Park et 30 dans les pineraies du Yunnan) a été mis en place. En France, la structure du peuplement local y a été finement décrite par un lot de variables dendrométriques. Le niveau régional de dépérissment des sapinières a été établi à trois échelles spatiales par l'analyse de séries temporelles de données de télédétection MODIS (2000-2016).

<figure><img src="image_35.png" /></figure>

Membres de CLIMTREE évaluent le niveau de dépérissment du sapin pectiné dans le pays de Sault. Crédit photo : Carlos Lopez-Vaamonde.

En plus des variables environnementales, nous avons échantillonné les insectes sur chaque placette par deux méthodes: (i) des pièges d'interception multi-directionnels Polytrap® visant le groupe focal des coléoptères saproxyliques (associés aux bois morts et aux dendromicrohabitats), et (ii) des pièges Malaise® plus généralistes pour l'ensemble des insectes volants.

Les riches jeux de données écologiques colligés par les laboratoires des pays partenaires offrent des opportunités de mutualisation et de co-analyses assurant des conclusions plus génériques.

Les enquêtes sociologiques montrent que les propriétaires et gestionnaires forestiers restent encore très marqués, même 15 ans plus tard, par les dépérissements massifs des sapins en France en 2003, par les attaques de scolytes sur épicéa en Allemagne et par les conséquences de sécheresses prolongées sur les pins en Chine. Dans le cas français, et loin du climato-scepticisme des années 2000, notre enquête montre que 90% des propriétaires et gestionnaires forestiers comme des usagers admettent aujourd'hui que le climat est en train de changer. Si l'impact économique de ces dépérissements a été bien évalué, aucun bilan écologique n'a été mené. De fait les recommandations édictées par les organisations professionnelles forestières proposent des mesures adaptatives qui ciblent la sauvegarde des niveaux de production forestière mais peu la biodiversité. Il s'agit notamment de diminuer l'âge d'exploitation, de favoriser la diversité des essences autochtones (hêtre en France, sapin en Allemagne, pin en Chine), ou en cas d'échec, de remplacer par des essences exotiques plus résistantes à la sécheresse (cèdre en France, Douglas en Allemagne). Mais ces différentes options ont un coût et exigent une maitrise technique qu'une partie des propriétaires forestiers ne possèdent pas. Donner à tous la capacité de mettre en place ces mesures constitue donc un autre défi.

**Le projet CLIMTREE**

**Partenaires** : UPR 633 Unité de Recherche de Zoologie Forestière (INRA), UMR 1201 DYNAFOR (INRA), UMR 7261 Institut de Recherche sur la Biologie de l'Insecte (CNRS), Irstea, UMR 7205 ISYEB (MNHN), Bavarian Forest National Park - Univ Greifswald - Leibniz Institute of freshwater Ecology and inland fisheries (Allemagne), Kunming Institute of Zoology- Kunming Institute of Botany (Chine), National Research council of Italy, Univ Padova (Italie).

**COORDINATEUR**

Carlos Lopez-Vaamonde : carlos.lopezvaamonde@inra.fr
## COLLENER

# Collectifs socio-techniques et transition énergétique

### — Rappel des objectifs

La notion de « transition énergétique » a émergé au cours de la dernière décennie. Elle répond à l'enjeu climatique et au défi d'une décarbonisation massive de nos systèmes énergétiques. Les trajectoires de transition sont le plus souvent discutées à partir de scénarios et de visions quantifiées. Ces derniers sont élaborés à partir de « potentiels » de contribution associés aux nouvelles technologies de l'énergie, étant supposé que ces technologies possèdent chacune une capacité déterminée de réduction des émissions de dioxyde de carbone. Comme en témoigne le nombre croissant de controverses suscitées par ces technologies, ce cadrage quantitatif, technologique et économique peine à inscrire la transition énergétique dans des visions et des trajets toires partagées. Il devient donc stratégique d'analyser les processus concrets d'émergence et de déploiement des nouvelles technologies de l'énergie afin de mieux comprendre les conditions d'émergence de solutions partagées et soutenables.

Le questionnement sur la transition énergétique s'en trouve renouvelé. Il ne se limite plus aux conditions de l'opérationnalisation des scénarios qui la sous-tendent mais explore la capacité des nouvelles technologies de l'énergie - du fait de leur modularité et de leur potentiel de décentralisation - à redisposer les pouvoirs, les richesses et les risques, et à contribuer à l'émergence d'un potentiel de développement soutenable à l'occasion de la décarbonisation de notre économie. Il s'agit donc tout autant d'apprendre sur la transition énergétique en cours, avec le déploiement des nouvelles technologies de l'énergie, que sur le potentiel de recompositions sociétales et environnementales dont elle peut être porteuse.

Le projet COLLENER suit le déploiement de processus de transitions énergétiques à différentes échelles (transnationale, nationale, locale), pour différentes technologies (photovoltaïque, éolien, réseaux intelligents, bois-énergie, bâtiment performant, capture et stockage géologique du dioxyde de carbone) et dans différents pays (France, Allemagne, Tunisie). Il totalise 31 études de cas.

Les cas d'étude ont été abordés à différentes échelles – local, national, transnational – afin de faire émerger une perspective transcalaire sur les processus contemporains de transitions énergétiques. En cela, le projet vise à contribuer à une approche renouvelée de la transition énergétique (attention portée aux processus, aux dynamiques, à une perspective transcalaire) et de la définition de la notion de « potentiel ».

Les nouvelles technologies de l'énergie sont abordées dans une perspective de sciences sociales, en tant que « systèmes socio-techniques » émergents. Les technologies ne sont pas dotées d'un potentiel intrinsèque, constitué par avance : elles peuvent être configurées de multiples façons, selon les collectifs - humains et non-humains (connaissances, artefacts, entités « naturelles »...) - qui s'organisent à l'occasion de leur déploiement et qui tentent d'en orienter le cours.

Un argument central du projet COLLENER est que les seuls potentiels qui existent sont des « potentiels de transition » : ces potentiels sont en émergence, ils résultent des processus sociaux, spatiaux et techniques suscités par le déploiement des nouvelles technologies de l'énergie.

### — Résultats majeurs

Outre les études de cas elles-mêmes, des lignes transversales d'analyse des processus contemporains de transition énergétique ont été élaborées. Elles permettent de caractériser ces processus et leur enjeux au travers de quelques dimensions clés

<figure><img src="image_36.png" /><figcaption>Les cas d'études sont des 'sites' autorisant le suivi de processus de transition énergétique</figcaption></figure>

Principe de positionnement des études de cas pour l'analyse de la transition énergétique.

relatives à la manière dont cette transition est conduite, à savoir : la construction des ressources énergétiques renouvelables, le recours au marché, aux instruments économiques et aux politiques de démonstration technologiques dans le pilotage des politiques de transition énergétique, enfin les dimensions spatiales et temporelles de la transition.

Le projet a permis, d'une part, de souligner la nécessité de rendre visible et discutable l'ensemble des ressources (ex. le foncier, le paysage, les engagements individuels, les solidarités locales, les régimes d'appropriation, etc.) qui sont convoquées dans la construction de nouvelles ressources énergétiques. Il a par ailleurs permis de caractériser les conséquences, en termes de production et de distribution de richesses et de pouvoirs, d'un recours dominant au marché, aux instruments économiques et aux politiques de démonstration technologiques.

### — Production scientifique et valorisation

Les chercheur.e.s du projet COLLENER ont produit :

* 1 projet editorial d'ouvrage en anglais en cours de soumission chez Plagrave "Energy transition in the making: a sociotechnical inquiry"; 2 nouveaux projets collaboratifs;

* 12 articles dans des revues anglophones et 9 dans des revues francophones;

* 7 chapitres dans des ouvrages anglophones et 6 dans des ouvrages francophones;

* 28 communications dans des colloques anglophones et 35 dans des colloques francophones;

* 18 actions de diffusion/vulgarisation et 3 manifestations scientifiques.

**Le projet COLLENER**

**Partenaires** : CIRED, Irstea, UMR 5194 Politiques publiques, Action politique, Territoires (Université Joseph Fourier), UMR 5600 Environnement Ville Société (CNRS-Université Lyon 3), Électricité de France Recherche et Développement, EA 1135 Centre d'Étude et de Recherche sur les Paysages (Université de Lorraine).

**COORDINATEUR**

Alain Nadaï : nadai@centre-cired.fr
# COOLTREES

## Le rafraîchissement des villes par les arbres – Quantification et modélisation pour le développement de villes durables

### — Rappel des objectifs

L'objectif général est d'évaluer et de modéliser l'évapotranspiration des arbres urbains en relation avec leur environnement et de relier leur rôle dans le climat urbain à leurs traits structurels et fonctionnels en modélisant des processus à 3 échelles différentes: l'échelle des arbres, l'échelle du canyon et l'échelle de la ville. Sur la base des expériences en cours dans la ville de Strasbourg (France), le projet vise i) à quantifier l'évapotranspiration et l'ombrage d'arbres urbains (tilleuls argentés - *Tilia tomentosa Moench.* ) en relation avec leur structure (fraction de gap, indice de surface foliaire, densité de surface foliaire), leur physiologie (réponse de la conductance stomatique au climat, azote foliaire), la disponibilité en eau et le climat, ii) à intégrer dans un modèle de bilan énergétique 3D d'un canyon urbain les processus d'ombrage et d'évapotranspiration des arbres en suivant le formalisme d'un modèle écophysiologique d'arbre validé (RATP), et iii) à effectuer une comparaison entre le flux de chaleur latent fourni par le schéma SURFEX et les modèles à moyenne échelle Meso-NH et LASER / F.

D'un point de vue plus méthodologique, ce projet vise à évaluer la variabilité des espèces d'arbres et de leur structure observée dans les villes en fournissant une méthode rapide, efficace et robuste pour estimer les métriques de structure de la canopée urbaine (géométrie, topologie, LAI, LAD) basées sur des acquisitions par scanner laser terrestre (LiDAR).

### — Résultats majeurs

1. La première année du projet a permis de finaliser la thèse d'Elena Bournez soutenue en novembre 2018 sur l'« Étude du rôle de la végétation dans la création de microclimats urbains. Approche combinée de mesures et de modélisations à différentes échelles. », en collaboration avec le partenaire 2 du projet. Le travail entrepris dans le cadre du projet COOLTREES a donné lieu à une publication dans une revue avec comité de lecture sur les liens entre représentation de la surface foliaire et simulation de la transpiration et de l'ombrage: Bournez, *et al.* (2019).

2. Depuis janvier 2019 une stagiaire de MII, Alice Maison d'Agro-ParisTech, a été recrutée sur le projet COOLTREES afin de mettre en place les bases de données regroupant toutes mesures effectuées sur la zone d'étude du jardin historique de Strasbourg. La période va de l'année 2014 à l'année 2018 et concerne les

données géométriques (acquisitions LiDAR) des bâtiments et des arbres, les données météorologiques (rayonnement, température et hygrométrie de l'air), les flux de chaleur latente des arbres estimés via des flux de sève, et des suivis de température de sol et de couvert. L'objectif de ce travail est de publier un « data paper » rendant les données accessibles à la communauté scientifique.
3. En première année du projet à + 6 mois, un CDD a été recruté pour une durée de 1 an renouvelable afin de réécrire le code de calcul LASER/F en C++. Toute la partie géométrique des bâtiments, des arbres et le forçage radiatif ont été intégrés dans la version C++ du code. Le modèle de fonctionnement des arbres est en cours d'intégration.

### — Production scientifique et valorisation

* Bournez, *et al.*, 2019. Sensitivity of simulated light interception and tree transpiration to the level of detail of 3D tree reconstructions. Urban Forestry and Urban Greening, (38), 1-10., DOI : 10.1016/j.ufug.2018.10.016.

* Bournez E., Landes T., Kastendeuch P., Najjar G., Saudreau M., Colin J., Ngao J. 2018. Simulation of urban vegetation impact based on the microclimate model LASER/F: the case study of a park in Strasbourg. International Conference on UrbanClimate (ICUC 10), New-York, 6-10 août.

* Bournez E., Kastendeuch P., Landes T., Najjar G., Saudreau M., Colin J., Ngao J., 2018. Simulation du rôle de la végétation d'un parc urbain à partir du modèle microclimatique LASER/F : le cas du jardin du Palais Universitaire à Strasbourg. Colloque AIC, Nice, 4-7 juillet 2018, 6 p.

* Bournez E., Kastendeuch P., Landes T., Saudreau M., Najjar G. 2018. Reconstruction 3D d'un environnement urbain à partir de données photogrammétriques et lasergrammétriques acquises par voies aériennes pour la simulation du microclimat d'un parc urbain. Atelier TEMU, Strasbourg, 19-20 mars 2018.

**Le projet COOLTREES**

**Partenaires** : UMR 547 PIAF (INRA), UMR 7357 ICUBE (Unistra), Eurométropole de Strasbourg, Plante et Cité.

**COORDINATEUR**

Marc Saudreau : marc.saudreau@inra.fr

<figure><img src="image_37.png" /></figure>

Simulation du rôle des arbres dans l'indice de confort thermique (UTC) sur le parc du jardin du palais universitaire de la ville de Strasbourg à l'aide du modèle de simulation LASER/F. Cas 1 : jardin sans les arbres. Cas 3 : jardin avec les arbres.

<figure><img src="image_38.png" /></figure>

Méthodologie de simulation de l'effet rafraîchissant d'un arbre : de l'acquisition par Lidar terrestre à la simulation de la transpiration.
CoolWood®

# Développement industriel d'un procédé innovant de stockage et de conservation des bois par maîtrise de la température et de l'humidité

## — Rappel des objectifs

Chaque année, la valeur ajoutée de toute la filière industrielle du bois se trouve amputée de manière très importante par les attaques des agents biologiques qui détériorent les bois fraîchement abattus. En effet, depuis l'abattage des arbres en forêt jusqu'au séchage des débits, la qualité des bois stockés est constamment remise en cause par des attaques d'origine biologique (champignons, bactéries...). Les produits bois peuvent ainsi perdre une partie, voire la totalité de leur valeur marchande. Dans les situations d'urgence (tempêtes, épidémies...), cette difficulté est encore exacerbée.

Actuellement, il existe trois grandes techniques pour maintenir la qualité des bois : la protection humide (aspersion, immersion) ; la conservation par ensilage (sous bâche), ; le traitement chimique. Aucune n'apporte pleinement satisfaction (manque d'efficacité technique, contraintes, coût économique et environnemental élevé...).

Le projet « CoolWood® » a visé le développement d'une nouvelle technologie de maintien de la qualité des bois. Les grumes et billons sont stockés dans une enceinte maintenue à basse température, pour bloquer l'action des agents biologiques dégrada-teurs ; à un degré d'hygrométrie élevé, pour ralentir le séchage des bois ronds et éviter leur déformation (fentes et gerces).

Le projet a permis de lever différents verrous scientifiques et technologiques :

* l'effet de la température sur la dégradation biologique des bois était mal connu et difficile à prédire notamment car d'autres facteurs viennent interagir (humidité et oxygène du milieu...). La validité de notre procédé devait donc être confirmée par le biais d'une experimentation scientifique rigoureuse ;

* l'effet des basses températures sur le séchage naturel des bois, sujet également peu étudié mais dont la connaissance était primordiale pour notre projet.

Aujourd'hui, la mobilisation des bois entre la forêt et les industries de transformation s'organise autour d'une mise en œuvre des techniques traditionnelles de stockage des bois, qui ne sont pas optimales. Les possibilités offertes par notre procédé pour améliorer cette organisation devaient donc être définies, sur le plan de la mise en œuvre industrielle du procédé. L'enjeu technique a consisté à réunir des technologies existantes pour concevoir des systèmes industriels globalement optimisés.

## — Résultats majeurs

Le programme de recherche industrielle Coolwood® a permis :

* d'améliorer la connaissance des phénomènes de dégradation biologique des bois et du séchage des bois à basse température ;

* d'étudier l'impact des techniques existantes de maintien de la qualité des bois (analyse des cycles de vie) ;

* de valider la faisabilité scientifique et technique de notre procédé innovant ;

* de développer une nouvelle technologie industrielle de stockage / conservation des bois, basée sur ce procédé.

Les résultats des travaux montrent que :

* le procédé permet de maintenir une qualité des bois meilleure que les autres méthodes (aspersion en particulier) ;

* les besoins énergétiques du procédé sont faibles : 25 à 40 kW de puissance maximale appelée pour 1 000 m³ de bois stockés.

<figure><img src="image_39.png" /></figure>

<figure><img src="image_40.png" /></figure>

a) Pourriture blanche, b) Protection humide par aspersion, c) Schéma de procédé « CoolWood® ».

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CoolWood®
Des bois frais, longtemps !

## — Production scientifique et valorisation

Production scientifique depuis le début du projet :

* LERMAB : transport d'humidité et sorption dans les écorces de hêtre et d'épicéa,

* LERMAB : publication en préparation sur la modélisation,

* LERMAB / LERFOB : publication sur l'effet de la température sur la dégradation du bois,

* LRGP : 2 articles sur la lixiviation de matières organiques du bois en stockage sous aspersion,

* BIOMASSE CONSEIL : dossier dans le magazine « Le Bois International » n°22, juin 2017.

Valorisation :

* Une société « CoolWood® » va être créée pour valoriser commerciallement le procédé

* Une installation industrielle pilote va voir le jour dans une scierie intéressée par le procédé.

### Le projet CoolWood®

**Partenaires** : Société BIOMASSE CONSEIL, Société INDDIGO, Coopérative Forestière Forêts et Bois de l'Est, Société Forestière de la Caisse des Dépôts et Consignations, UMR 7563 LEMTA (Université de Lorraine), UMR 1092 LERFOB (INRA), EA 4370 LERMAB (Université de Lorraine), Laboratoire LRGP (CNRS).

### COORDINATEUR

Luc Evrard, Biomasse Conseil : luc.evrard@coolwood.fr
### Rappel des objectifs

Le stress hydrique climatique, comme les sécheresses et les températures plus hautes, peuvent accélérer la mortalité forestière. En outre, il est prévu que la fréquence et l'intensité des sécheresses augmenteront dans les forêts tropicales de mousson d'Asie du Sud-Est. Ces écosystèmes sont connus pour être des points chauds de la biodiversité et des puits de carbone pérennes dans le cycle terrestre du carbone. Ces augmentations pourraient entraîner des changements rapides et à grande échelle dans la structure des forêts et la composition en espèces, ainsi que provoquer une diminution spectaculaire de la quantité de carbone stockée par ces forêts tropicales. La majorité des zones boisées des tropiques sont des forêts secondaires, mais comparées aux forêts primaires, nous en savons relativement peu sur l'écophysiologie des écosystèmes forestiers secondaires. De plus, les différences dans la composition en espèces des forêts primaire et secondaires peuvent compliquer notre compréhension de la façon dont les écosystèmes forestiers réagiront au stress hydrique. Il est donc nécessaire de mieux comprendre la vulnérabilité à la sécheresse des forêts primaires et secondaires pour prédire plus précisément le cycle global du carbone et de l'eau en relation avec les futurs changements climatiques. Dans cette étude, nous mesurerons la transpiration de la canopée qui est fréquemment utilisée pour estimer la conductance stomatique de la canopée; une variable centrale dans la modélisation de l'apport de carbone par les forêts. Des mesures seront effectuées dans les forêts primaires et secondaires, ce qui nous permettra d'étudier les réponses spécifiques des espèces au stress hydrique en évaluant l'hydraulique des arbres et la vulnérabilité des espèces dominantes dans chaque type de forêt. Nous explorerons également le degré de répartition de l'eau du sol entre les espèces dans chaque forêt afin de fournir une compréhension plus mécanistique de la façon dont les individus sont capables de surmonter le stress dû à la sécheresse. Ce sera la première étude à notre connaissance qui quantifie la transpiration de la canopée, l'hydraulique des arbres et la vulnérabilité à la sécheresse ainsi que les principaux mécanismes mis en œuvre par les arbres des forêts tropicales primaires et secondaires pour surmonter la sécheresse. Ces travaux permettront de fournir l'information nécessaire pour prédire plus précisément l'incidence du changement climatique sur le cycle du carbone et de l'eau dans les forêts tropicales.

### Les objectifs spécifiques :

1. Estimer la transpiration de la canopée et évaluer ses réactions aux conditions climatiques dans les forêts tropicales primaires et secondaires sur des échelles de temps diurnes à interannuelles.

2. Évaluer les réponses physiologiques au stress hydrique de certaines espèces dominantes dans les forêts primaires et secondaires et prédire la productivité forestière en conditions de déficit hydrique prédits par les scénarios climatiques futurs.

3. Étudier la répartition de l'eau du sol entre les espèces forestières dans une forêt primaire et secondaire et comment le stress hydrique atmosphérique peut affecter cette répartition et la structure de la forêt. Par exemple, si le site connaît des épisodes de précipitations plus faibles, les espèces peu profondes peuvent obtenir de meilleurs résultats que si elles étaient soumises à des précipitations moins fréquentes, qui profiteraient à des espèces d'enracinement plus profond.

<figure><img src="image_42.png" /><figcaption>Photos de la zone d'étude.</figcaption></figure>

<figure><img src="image_43.png" /><figcaption>Une forêt primaire (Mo Singto) et une forêt secondaire (SIS4) dans le parc national de Khao Yai, Thaïlande.</figcaption></figure>

### Le projet CWSSEA

**Partenaires** : Chulalongkorn University (Thailand), Bordeaux Sciences Agro (France), Swedish University of Agricultural Sciences (Sweden).

### COORDINATEUR-RICE

**Jean-Christophe Domec** : jc.domec@agro-bordeaux.fr

**Pantana Tor-ngern, Ph.D.** : pantana.t@chula.ac.th
# DENDRAC

## Développement d'outils dendrométriques appliqués à l'étude des bois carbonisés : études des relations-ressources-environnement

### Rappel des objectifs

La carbonisation du bois est un processus qui implique une fragmentation et une perte de matière (réduite en cendre du fait de la combustion). Elle a également des conséquences sur son anatomie et sa composition chimique, notamment isotopique. Ces modifications peuvent altérer l'information et fausser notre compréhension du signal enregistré dans les arbres. Ainsi, faute d'outils adaptés, l'étude des charbons de bois archéologiques (anthracologie) est le plus souvent réduite à l'étude d'une liste d'essences et de leurs fréquences sans que l'information contenue dans l'anatomie et la chimie du bois ne soit exploitée. De fait, les modes de collecte du bois et de gestion des boisements des sociétés passées sont souvent discutés mais les preuves directes restent rares. L'objectif du programme DENDRAC est de développer des outils adaptés à des bois carbonisés et fragmentés qui permettent de remonter aux modes de sélection du bois, aux pratiques sylvicoles et aux conditions environnementales dans lesquelles les forêts passées se sont développées. Cette recherche s'est appuyée sur des études actualistes (référentiels sur des bois actuels) et expérimentales. Elle a nécessité une approche interdisciplinaire avec différents spécialistes (dendro-archéologique, dendrochronologues, écophysiologistes, biogéochimistes, morphométriciens, statisticiens).

### Résultats majeurs

Au cours de ce programme, plusieurs ateliers ont été développés dans l'objectif de répondre à des questions archéologiques précises.
Le premier atelier a consisté à caractériser les bois et les boisements exploités : diamètres, âge, croissance. Différents outils dendro-anthracologiques ont été mis en place et testés sur des forêts actuelles puis adaptés à l'application archéologique. Ainsi, l'anthraco-typologie est une nouvelle démarche fondée sur la combinaison de trois d'entre eux : i) les largeurs des cernes (anneaux concentriques observables sur des sections de bois dont la largeur dépend de l'organe de l'arbre et reflètent les conditions de croissance de l'individu), ii) la mesure de la distance entre le fragment de charbon et le centre hypothétique de la tige. Les valeurs de distance, projetées en diamètre, sont modélisées pour revenir aux diamètres des bois exploités, iii) la présence ou l'absence, pour le chêne, de duramen (ou bois de cœur). Le duramen ne se forme qu'à partir de l'âge de 20 ans et son absence permet d'identifier l'exploitation de jeunes arbres ou de jeunes branches. Dans un deuxième atelier, nous avons rendu possible l'identification par l'étude des cernes de la pratique du taillis (coupe des arbres à ras du sol pour favoriser une multiplication végétative par rejets de souche) et de l'étêtage (coupe des branches latérales et du tronc à une certaine hauteur au-dessus du sol), deux pratiques de taille développées dans un objectif de production du matériau bois pour répondre à une multitude de besoins. Dans un troisième atelier, nous avons développé une nouvelle approche, fondée sur la combinaison de l'anthraco-typologie et de l'analyse isotopique du $\delta^{13}C$ sur charbons de bois à l'échelle annuelle et intra-annuelle. Cet axe de recherche a permis de mettre en place les bases d'un cadre méthodologique rigoureux pour la dendroclimatologie isotopique sur charbons archéologiques. Des combustions expérimentales ont permis de caractériser les effets de la combustion oxygénée sur la composition isotopique du bois et mettre au point des critères diagnostiques de l'état de préservation du signal paléoclimatique dans les charbons de bois.

<figure><img src="image_44.png" /></figure>

Étätage dans le Parc naturel régional des Boucles de la Seine Normande.
Crédit photo : A. Dufraisse.

### Production scientifique et valorisation

Plus d'une vingtaine d'articles ont été publiés (7 revues indexées, 5 actes de colloques internationaux, 12 actes de colloques nationaux) auxquels s'ajoutent deux conférences invitées en colloque international et une dizaine de posters.
Ce programme a par ailleurs fait l'objet de 2 sujets de Licence, un sujet de Master I, 4 sujets de Master II (dont un qui a donné suite à une thèse) et un chapitre de thèse.
https://www.researchgate.net/profile/Alexa_Dufraisse

**Le projet DENDRAC**

**Partenaire:** UMR 7209 Archéozoologie, archéobotanique : sociétés, pratiques et environnements (CNRS-MNHN).

**COORDINATRICE**

Alexa Dufraisse : alexa.dufraisse@mnhn.fr
# DIGAS
## Synthèse directe de diméthyle éther à partir de biosyngaz

## — Rappel des objectifs

* **Conception et préparation des catalyseurs** : La distribution spatiale des sites actifs pour la synthèse du méthanol et sa déshydratation ensuite en diméthyle éther (DME) doivent être contrôlés avec précision à l'échelle nanométrique afin d'obtenir une activité et une sélectivité optimales.

* **Tests catalytiques** : Les réactions catalytiques impliquées dans la synthèse directe du DME étant hautement exothermiques, un contrôle précis du transfert de chaleur est nécessaire pour maintenir une température constante et uniforme à l'intérieur de la zone de réaction. Au cours du projet DIGAS, la stabilité de l'activité catalytique était étudié. L'étude du mécanisme réactionnel doit aussi être prise en compte pour la conception et la modélisation des prototypes de réacteurs catalytiques à grande échelle afin d'optimiser les transferts de masse et de chaleur. Le projet DIGAS concerne le développement de la synthèse directe de DME à partir de bioressources en tant que technologie de production d'énergie sûre, efficace et délocalisée.

## — Résultats majeurs

**1. Développement de la synthèse microfluidique** : un nouveau type de synthèse de la co-précipitation en continu assisté par un système microfluidique a été développé, où la taille de la zone de co-précipitation est mieux gérée et donc les paramètres de synthèse peuvent être modifiés de façon contrôlée. Cette étude, réalisée par l'ICPEES, a mis en évidence la possibilité de fabriquer les matériaux solides de type oxydes mixtes parfaite-ment homogènes tout en gardant une large surface spécifique.

**2. Développement de catalyseurs bi-fonctionnels** : des catalyseurs type oxydes mixtes CuO-ZnO-ZrO₂ et catalyseurs acides ont été combinés par plusieurs méthodes : co-précipitation-déposition, core-shell, one-pot, mélange physique et structuré en couches. La préparation par mélange physique a prouvé son efficacité en terme de l'activité catalytique et la stabilité de paramètres réactionnels. La meilleure productivité en DME dans la synthèse directe à partir de CO₂ est de 151 gDME.kgcata⁻¹.h⁻¹ à 10 000 h⁻¹ et 450 gDME.kgcata⁻¹.h⁻¹ à 25 000 h⁻¹ (20 bar) ; à partir de biosyngaz (CO/CO₂/H₂) est de 240 gDME.kgcata⁻¹.h⁻¹ à 10 000 h⁻¹ (20 bar). Le matériau catalytique optimisé est CuO-ZnO-ZrO₂ avec rapport ZnO/ZrO₂=66/34 mélangé au zéolite microcristal-line type ZSM5 avec le rapport Si/Al=266.

**3. Aspects mécanistiques de la synthèse directe de DME à partir de CO₂/CO/H₂** : L'acidité de catalyseur joue un rôle essentiel, les zéolites microporeuses et microcristallines à faible acidité ont montré une meilleure efficacité que les matériaux mésoporeux amorphes Al-TUD-1. La grande quantité d'eau produite dans le procédé a l'effet négatif sur la performance des catalyseurs, l'intégration des réacteurs innovant avec transferts de masse améliorés ou le développement des matériaux catalytiques à forte hydrophobicité peut être envisagé. L'exothermicité des réactions impacte grandement la stabilité des matériaux catalytiques. Le développement d'un réacteur à échange de chaleur parfaitement controlé pour l'intensification du procédé est consideré nécessaire pour la future industrialisation du procédé.

Ces résultats ont ainsi permis d'identifier les orientations et axes de développement et d'optimisation à mener par la suite en vue d'une stratégie d'industrialisation en ligne avec les projections du marché. L'ICPEES s'est entouré de partenaires européens souhaitant poursuivre ces travaux dans le cadre du projet européen DREAMS déposé en août 2019 « Decentralized and flexible conversion Routes of bio-derived CO₂ Emissions into Aviation and Maritime fuelS » dans le cadre de l'appel à projets H2020-LC-SC3-2018-2019-2020. L'objectif majeur de ce nouveau projet est d'augmenter le niveau de maturation technologique (TRL jusqu'à 5) du procédé pour convertir sélectivement (e.g. avec grande efficacité énergétique et moindre empreinte carbone) le CO₂ biogenique et le H₂ renouvelable (de l'électrolyse de l'eau) en carburants drop-in pour l'aviation et le transport maritime. Deux routes chimiques ont été sélectionnées via DME ou via olefins comme des intermédiaires.

## — Production scientifique et valorisation

* **2 publications** vont bientôt voir le jour, un chapitre est rédigé pour le livre « Carbon dioxide conversion into hydrocarbons Vol 2: Technology » de Springer, 8 communications ont permis de présenter les résultats obtenus aux congrès nationaux et internationaux tels que ICCDU, GECAT, EUCOR...

* **3 autres publications** sont en préparation.

### Le projet DIGAS

**Partenaires** : UMR7515 ICPEES (CNRS-Université de Strasbourg).

### COORDINATRICE

**Ksenia Parkhomenko** : parkhomenko@unistra.fr

### Source de biomasse

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# DYNAMIC

## Décryptage des réseaux symbiotiques
dans les agroécosystèmes méditerranéens
à base de caroubiers

### — Rappel des objectifs

Le caroubier (Ceratonia siliqua), fruitier des forêts thermophiles méditerranéennes et des paysages ruraux traditionnels, est actuellement utilisé à des fins industrielles, agricoles et de restauration des sols. Son exploitation a cependant fortement décliné au profit d'autres secteurs fruitiers, malgré des rendements de production élevés, même sur des sols marginaux. Récemment, son fruit, la caroube, fait un retour remarquable en nutrition huaine en tant qu'aliment fonctionnel, et son adaptation à une large diversité d'habitats méditerranéens ainsi que sa relative tolérance aux carences en nutriments en font un modèle clé pour une agriculture et une production alimentaire durables. Cependant, son histoire écologique a très certainement causé d'importantes modifications génétiques et physiologiques, entraînant des changements probables dans un compartiment important de son fonctionnement : le microbiote végétal.

La différenciation génétique des lignées phylogéographiques est-elle un facteur majeur contrôlant la diversité du microbiote du caroubier, optimisant ainsi le fonctionnement de cet arbre ? DYNAMIC s'intéresse à cette question en (i) identifiant la structure génétique et les lignées évolutives du caroubier à l'échelle méditerranéenne, (ii) caractérisant la diversité du microbiote du caroubier, (iii) explorant les liens entre cette diversité, les paramètres génétiques et les données environnementales, et enfin en (iv) testant expérimentalement l'efficacité des interactions caroubier-microbiote. Grâce à DYNAMIC une meilleure compréhension des facteurs écologiques qui régissent la spécificité et l'efficacité des interactions plante-microbiote ouvrira de nouvelles pistes pour la conservation / restauration des écosystèmes et l'intensification écologique des agroécosystèmes.

### — Résultats majeurs

Une revue des données paléobotaniques a révélé la présence du genre Ceratonia depuis des millions d'années en Méditerranée, contredisant le paradigme d'un seul refuge oriental et une dissémination humaine vers l'Ouest concomitante à sa domestication (= hypothèse du refuge oriental unique). Les analyses phylogéographiques, basées entre autres sur des données de génotypes microsatellites acquises par séquençage haut-débit, ont révélé une structure génétique Ouest-Est et la différenciation de quatre lignées antérieures à la domestication du caroubier. Des niveaux de diversité génétique très bas soutiennent quant à eux l'hypothèse d'un effondrement démographique récent à l'échelle de son histoire, probablement au Pléistocène, dû à l'augmentation de la continentalité climatique. La présence de caroubiers cultivés et non cultivés dans les quatre lignées identifiées suggère plusieurs évènements de domestication à partir de différentes populations indigènes autour du bassin méditerranéen. L'ensemble des résultats rejette donc l'hypothèse du refuge oriental unique.

L'analyse du microbiote racinaire du caroubier par séquençage haut-débit démontre une relation significative avec la diversification des lignées phylogéographiques. Les deux lignées de l'Ouest de la Méditerranée présentent les différences les plus importantes au niveau de leur microbiote, avec les niveaux de diversité et de richesse les plus élevés en Andalousie. Une diversité globale moindre a été observée dans les habitats cultivés, suggérant un impact de l'agriculture sur le microbiote racinaire. Un microbiote racinaire hautement conservé a pu être mis en évidence, composé de milliers de taxons microbiens.

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Consortium DYNAMIC, Université de Catane (Italie, avril 2018).

Crédit photo : M. Bou Dagher Kharrat, USJ.

À l'opposé, plus d'une centaine de taxons ont été significativement associés à une des lignées génétiques du caroubier. La phylogéographie du caroubier explique cependant moins de 10 % de la variance totale du microbiote racinaire endophyte, 60 % à 90 % n'étaient expliqué par aucun des trois paramètres testés (génétique, édaphique, anthropique). Des expérimentations en milieu contrôlé confirment néanmoins le lien entre génétique du caroubier et microbiote, avec un impact de la composition du microbiote sur la tolérance du caroubier au stress hydrique ainsi qu'une diminution potentielle d'efficacité symbiotique pour certaines provenances.

### — Production scientifique et valorisation

DYNAMIC a actuellement donné lieu à 3 publications scientifiques (plus une dizaine en préparation), 1 article de vulgarisation, 13 présentations orales et 5 communications sous forme de poster, l'ensemble référencé sur le site du projet. Les résultats constituent d'importantes ressources qui seront nécessaires pour assurer la persistance du caroubier dans le cadre du changement climatique en cours. Un symposium clôturant le projet a été organisé au Maroc sur l'écologie des arbres fruitiers et de leur interaction avec l'environnement, traitant des relations homme-fruitiers dans les paysages traditionnels, de génétique et d'écologie végétale, d'écologie microbienne, d'ingénierie écologique et de conservation. Les résultats scientifiques ont aussi permis l'obtention de deux projets parallèles adossés à une bourse doctorale en cotutelle et un stage ERASMUS entre la France, le Maroc et l'Italie (PHC-Toubkal BARACA ; Erasmus-AMU CLIMACAROB).

### Le projet DYNAMIC

**Partenaires** : UMR LSTM (CIRAD), UMR 7263 IMBE (Université d'Aix-Marseille), Université de Catane (Italie), Université Cadi Ayyad (Maroc), Université Saint Joseph (Liban).

### COORDINATEUR

**Hervé Sanguin** : herve.sanguin@cirad.fr
# ECOPICS

## Services écosystémiques souterrains produits par les communautés végétales le long de gradients altitudinaux en France et au Mexique

### — Rappel des objectifs

ECOPICS est un projet multidisciplinaire avec deux objectifs liés entre eux :

i) Répondre à des questions de recherche fondamentale sur les processus des écosystèmes du sol et les liens avec les communautés végétales dans des climats et des types d'utilisation du sol particuliers.

ii) Déterminer comment la promotion de services écosystémiques spécifiques est bénéfique (ou non) aux communautés anthropiques locales et à la qualité des sols. Nous définissons la qualité des sols en ECOPICS en termes de séquestration du carbone, de macroporosité, d'abondance et de diversité faunistique et microbienne.

### — Résultats majeurs

► **Modélisation des services écosystémiques et de la biodiversité dans une communauté de montagne.** Nous avons examiné les aspects socio-économiques et environnementaux de la ville de montagne, Chamrousse, Isère. Chamrousse promeut les sports d'hiver (ski), la randonnée et le VTT en été. Au moyen d'entrevues, de questionnaires et de recherches documentaires, nous avons identifié 13 services écosystémiques sur un total potentiel de 40 qui ont eu des répercussions importantes sur la communauté. À l'aide d'un modèle de réseau de Petri et d'algorithmes de Pareto, nous avons examiné les trajectoires possibles entre les services et la biodiversité, et comment optimiser leur état pour améliorer la biodiversité et les services des écosystèmes. Nous avons constaté une corrélation positive très significative entre les services et la biodiversité, démontrant que les services écosystémiques peuvent apporter des avantages économiques mondiaux.

► **Diversité des traits racinaires.** Les traits racinaires ont été mesurés au niveau de la communauté. Nous avons analysé les relations entre la morphologie de la racine (diamètre, longueur, densité du tissu) et la composition chimique (C, N, concentrations de fibres) le long du gradient altitudinal et dans les parcelles. Les analyses statistiques montrent qu'en altitude, où la température et la fertilité sont moindres, les communautés produisent plus de racines fines ayant une longueur spécifique élevée ; une stratégie permettant d'acquérir plus de ressources pendant la courte saison de croissance. Les racines ont également des tissus plus denses afin d'assurer la survie pendant la période défavorable. L'érodibilité et l'infiltration diminuent avec l'altitude, et sont expliquées par les caractéristiques du sol et dans une moindre mesure par les racines.

► **Faune du sol.** Les communautés de vers de terre étaient caractérisées par leur densité, leur biomasse, leur richesse spécifique et leur masse corporelle. Les données suggèrent que les communautés de vers de terre le long du gradient altitudinal sont largement déterminées par les propriétés du sol et montrent une augmentation de la diversité fonctionnelle et taxonomique vers la limite forestière. La masse corporelle ne semble diminuer qu'après avoir franchi un certain seuil de température.

### — Valorisation

Un film de vulgarisation a été produit sur le travail de terrain et est disponible sur Internet : https://vimeo.com/315257143

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Les travaux ont été effectués le long de gradients altitudinaux à a) Belledonne, France (climat tempéré) et b) Pico d'Orizaba, Mexique (climat tropical). L'échantillonnage a été effectué pour plusieurs espèces le long du gradient, y compris c) les arbres, les arbustes et d) les herbes. e) Les monolithes ont été extraits du sol et de la faune, les micobes et f) les racines, ainsi que les propriétés du sol ont été mesurés. g) Des laboratoires ont été installés pour un échantillonnage immédiat. Photos avec autorisation de H. Rey (CIRAD, UMR AMAP), A. Stokes (INRA, UMR AMAP), Hans Reijnen (CNRS, UMR CEFE), Isabelle Barois (INECOL, Mexico).

## Le projet ECOPICS

**Partenaires** : UMR AMAP (CIRAD-INRA), UMR CEFE (CNRS), INECOL (University Veracruz), Mexique.

## COORDINATRICE

**Alexia Stokes** : alexia.stokes@cirad.fr
# ECOSFIX

## Services écosystémiques des racines – redistribution hydrique, séquestration du carbone et fixation du sol

### — Rappel des objectifs

Afin d'améliorer notre compréhension fondamentale de la façon dont les racines des plantes modifient les processus de formation et de perte de masse du sol, et de transport du carbone dans les réservoirs souterrains de carbone, nous avons étudié le rôle, la fonction et la forme des racines fines et situées dans la couche supérieure comparativement à celles situées plus profondément dans le sol.

### — Résultats majeurs

* **Traits racinaires et communautés végétales.** Nous avons mesuré un ensemble de traits racinaires dans vingt communautés végétales situées le long de gradients d'intensité d'utilisation des terres et dans trois zones climatiques. Les traits racinaires variaient, conformément au compromis entre l'acquisition des ressources et la conservation. Les racines présentaient différentes suites de caractères à différentes profondeurs, ce qui suggère des disparités dans la fonction racinaire et les capacités d'exploitation. Cette étude démontre également l'existence d'un compromis général dans la construction des racines au niveau communautaire, qui fonctionne indépendamment du type de racine. L'existence de tels compromis cohérents dans les organes végétaux souterrains, s'ils sont largement applicables, aurait un impact significatif sur leurs services écosystémiques.

* **Décomposition racinaire et implications pour les stocks de carbone.** Nous avons mesuré la décomposabilité des racines fines et l'avons mise en relation avec neuf traits fonctionnels. Les résultats ont montré que les racines des communautés végétales agricoles et agroforestières se décomposaient plus rapidement que les racines des sites forestiers. Dans l'ensemble des communautés végétales, on a observé une décomposabilité toujours plus grande dans les racines peu profondes. Ensemble, ces résultats suggèrent que le passage des forêts aux sites agricoles finira par entraîner des pertes de carbone dans le sol, surtout dans les couches peu profondes.

* **Fixation des sols.** Bien que la végétation soit de plus en plus utilisée pour atténuer les risques de glissements de terrain, les effets de la végétation sur la variabilité temporelle de la stabilité des pentes est mal comprise. Nous avons comparé la stabilité des pentes, avec et sans arbres dans les régions tropicales, subtropicales et tempérées, sujettes aux glissements de terrain et aux tremblements de terre. La présence des arbres a amélioré la stabilité du sol pendant 5 à 12 mois par année en raison de l'abaissement de l'humidité du sol, ce qui a réduit la variabilité interannuelle dans la durée des périodes de haute stabilité par rapport aux pentes sans arbres.

### — Production scientifique et valorisation

Plus de 70 articles scientifiques et de vulgarisation, médias électroniques et des présentations orales ont été produites à partir des travaux.

Une sélection de trois articles scientifiques :

* Prieto I., Roumet C., Cardinael R., Kim J., Maeght JL., Mao Z., Portillo N., Thammahacksa C., Dupraz C., Jourdan C., Pierret A., Roupsard O., Stokes A. 2015. *Journal of Ecology*, 103, 361–373.

* Kim J.H., Fourcaud T., Jourdan C., Maeght JL., Mao Z., Metayer J., Meylan L., Pierret A., Rapidel B., Roupsard O., de Rouw A., Villatoro Sanchez M., Wang Y., Stokes A. 2017. *Geophysical Research Letters*, 44, 4897–4907.

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a)

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b)

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c)

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f)

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d)

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e)

Des travaux de terrain ont été effectués sur quatre sites : a) des plantations de café au Costa Rica, b) des plantations de teck au Laos, c) une forêt montagnarde dans les Alpes françaises et d) une agroforêt dans le sud de la France. e) Une croissance hivernale des racines a été observée en Picea sitchensis et f) installation des rhizotrons dans un puits. La croissance des racines a été mesurée jusqu'à 5 m dans une plantation de teck (Tectona grandis) au nord du Laos. Crédits photos : J-L Maeght (IRD, UMR BIOEMCO, UMR AMAP), O. Roupsard (CIRAD, UMR Eco&Sol), H. Rey (CIRAD, UMR AMAP), A. Stokes, J.H. Kim (INRA, UMR AMAP), L. Dufour (INRA, UMR SYSTEM).

* Le Bissonnais Y, Prieto I, Roumet C, Nespoulous J, Metayer J., Huon S., Villatorio M., Stokes A. 2018. *Plant and Soil*, 424: 303-317.

Nous avons créé une plateforme un webdocumentaire qui comprend des vidéos, du texte et du matériel téléchargeable :
https://www.ecosfix.projet-agroforesterie.net/

#### Le projet ECOSFIX

**Partenaires :** UMR AMAP (INRA-CIRAD), UMR SYSTEM (INRA), UMR 5175 CEFE (CNRS), UMR Eco&Sol (Cirad), UMR 7618 BIOEMCO (IRD-Université Pierre et Marie Curie), Irstea, l'AFAF et le CATIE (Costa Rica).

#### COORDINATRICE

**Alexia Stokes** : alexia.stokes@cirad.fr
# ECOTERA

## Eco-efficiences et développement territorial durable en Amazonie Brésilienne

### — Rappel des objectifs

Au Brésil, en 2013, comme dans beaucoup de pays forestiers qui se sont engagés à enrayer la déforestation à cette époque, l'expansion agricole sur la forêt amazonienne, motrice du développement des territoires depuis cinq décennies, n'est plus envisageable. Dans un espace agricole désormais limité, les acteurs amazoniens doivent planifier et promouvoir une transition agraire rapide tout en gérant durablement les espaces forestiers qui subsistent et en répondant à des demandes sociales et productives croissantes. Le territoire tient une place centrale dans ce nouvel équilibre à construire. Dans ce contexte, l'objectif général du projet ECOTERA était de produire des connaissances pluridisciplinaires et d'élaborer des outils permettant aux acteurs locaux d'un territoire de concilier leur objectif de développement durable avec la mise en place de systèmes productifs et d'utilisation des terres et des forêts éco-efficients. Il s'agissait d'identifier et mesurer un jeu d'indicateurs d'éco-efficiences pertinents à différentes échelles, d'analyser comment les règles publiques et privées ainsi que les modèles techniques étaient appropriés ou rejetés, de construire une démarche et des outils permettant d'intégrer ces connaissances et d'articuler les choix des agriculteurs et les projets territoriaux.

Le projet de recherche a mis en place une démarche interdisciplinaire sur un territoire emblématique d'Amazonie Brésilienne, la commune de Paragominas, dans l'État du Pará, premier « municipal verde » d'Amazonie. En 2008, le gouvernement fédéral brésilien a concentré ses mesures coercitives de lutte contre le déboisement sur certaines communes, dont Paragominas, auparavant connue pour une exploitation minière de ses ressources naturelles. Les acteurs publics et privés de cette commune ont proposé un pacte territorial autour d'objectifs clés partagés, faisant de cette commune une référence pour l'ensemble des territoires amazoniens.

La conception d'indicateurs d'écoefficiences et leur intégration dans une base de données opérationnelle se sont appuyées sur la combinaison de méthodes agronomiques, écologiques et géographiques (télédétection et analyse spatiale). L'économie des proximités et les méthodes d'agronomie systémique ont été mobilisées pour analyser la construction et l'appropriation de modèles techniques et organisationnels. Les connaissances et outils élaborés ont été intégrés dans une démarche d'accompagnement.

### — Résultats majeurs

Le projet a permis d'appliquer la notion de paysages écoefficient, en conjuguant des méthodes de caractérisation de niveaux différenciés de dégradation des forêts et d'aptitude des terres pour l'intensification agricole et la production de services écosystémiques. L'arrêt de la déforestation n'a pas entraîné l'arrêt de la dégradation des forêts. Des forêts très dégradées sont parfois localisées sur des terres à forte aptitude pour l'agriculture et sont très exposées aux risques de dégradations supplémentaires, notamment par les incendies. À l'inverse, certaines zones d'une importance majeure pour la conservation de services écosystémiques, par exemple le long cours d'eau, sont totalement déforestées et doivent être recomposées en priorité pour garantir l'écoefficience du paysage et, partant, la durabilité du développement agricole du territoire. La réorganisation des paysages agricoles et forestiers à différentes échelles est donc nécessaire pour améliorer les éco-efficiences. Elle implique d'intégrer les différents producteurs dans un processus collectif de gouvernance

territoriale avec les autorités municipales. Il ressort également du projet que les pratiques d'intensification agricole avec un apport d'intrants externes modéré sont les plus efficientes au regard de différents indicateurs économiques et écologiques. L'adoption de nouvelles pratiques, généralement induite par des facteurs économiques, se heurte toutefois à l'instabilité et l'asymétrie des réseaux d'échanges. Ainsi, l'adoption généralisée sur le long terme de pratiques éco-efficientes dépend avant tout de la gestion de la coexistence des modèles de production et des rapports de domination entre groupes sociaux et économiques qui la suss tendent. Une démarche prospective avec les agriculteurs familiaux a permis d'identifier un plan d'action à mettre en oeuvre avec le gouvernement municipal pour renforcer la place de ces acteurs au sein du territoire.

### — Production scientifique et valorisation

Les résultats du projet ont fait l'objet de 12 publications dans des revues à comité de lecture, 5 chapitres d'ouvrages, une vingtaine de communications dans des conférences et un « policy brief ». Les supports de la valorisation scientifique du projet sont très majoritairement interdisciplinaires. Quatre nouveaux projets scientifiques internationaux ont été élaborés dans la suite d'ECOTERA. Enfin, il a contribué au démarrage de 6 doctorats.

<figure><img src="image_60.png" /></figure>

Cartographie de la dégradation des forêts de Paragominas (Plus l'indice NPV est élevé, plus la forêt est dégradée). Source : Thèse de doctorat d'Ali Fadhil Hasan, UMR ESO, Le Mans Université. Copyright : Ali Fadhil Hasan.

### Le projet ECOTERA

**Partenaires :** UMRs SELMET, Tétis, Innovation et URs GREEN, AïDA et Forêts et Sociétés (Cirad), UMR 6590 Espace et Sociétés (Université du Maine), UMR 1048 SADAPT (INRA), EMBRAPA d'Amazonie Orientale (Brésil), Université Fédérale du Para (Brésil).

### COORDINATRICE

Marie-Gabrielle Piketty : marie-gabrielle.piketty@cirad.fr
# EFEUR5

## Comportements structurels des Essences de bois
Feuillus français en vue de leur meilleure intégration
aux EURocodes 5

### Rappel des objectifs

La France est la première forêt de feuillus d'Europe mais le marché de la construction bois s'approvisionne essentiellement en bois résineux. La tension sur la ressource résineuse, l'augmentation du marché de la construction bois en France et la ressource locale feuillue mobilisable poussent logiquement les acteurs de la filière bois à réfléchir et commencer à mettre en œuvre ces essences dans le bâtiment. Les Eurocodes et les normes européennes associées sont bâties sur les expériences et recherches sur les résineux. L'optimisation des structures feuillues ne pourra se faire qu'en redéfinissant les mêmes paramètres et propriétés pour les bois feuillus.

Le projet EFEUR5 vise à développer des outils et des connaissances nécessaires à la mise sur le marché de produits structurels en bois feuillus français (chêne, hêtre et peuplier). L'objectif est de fiabiliser l'utilisation de ces essences pour les structures en bois justifiées selon les règles Eurocode 5 par les validations ou les corrections nécessaires.

### Résultats majeurs

Des campagnes expérimentales ont été réalisées à partir de bois de chêne, hêtre et peuplier issus de grumes de différentes classes échantillonnées au début du projet.

En s'appuyant sur des essais de diffusion et des simulations numériques alimentées par des modèles de comportement mécanique et hydrique originaux, des profils hydriques volumiques de toutes les essences ont pu être approchés ; ces informations sont utiles pour maîtriser le conditionnement des pièces de bois avant toute transformation, et la distribution interne de l'humidité dans les pièces en service.

La conception et l'instrumentation de trois bancs de fluage de poutres en bois en flexion sur 2 sites expérimentaux a permis de suivre les déformations à long terme du bois en conditions de service 2 et 3. Les phénomènes de retrait gonflement, viscoélasticité, mécanosorption ont été implémentés sous CASTEM pour des champs hydriques hétérogènes. Les résultats obtenus sont à la base d'une proposition de modification du coefficient $k_{def}$ de l'Eurocode.

Des campagnes d'essais de flexion, traction et compression ainsi que la détermination des propriétés physiques associées ont été réalisées selon les normes EN408, EN384 et EN13183 :

* La probabilité d'avoir un défaut majeur dans une pièce de bois augmente avec les dimensions de sa section notamment. C'est pourquoi l'Eurocode propose d'augmenter les valeurs caractéristiques en flexion et traction pour les pièces de petites dimensions (hauteur $\leq$ 150 mm). Les résultats obtenus montrent qu'il faut définir une hauteur de 200 mm pour les bois feuillus. On détermine ainsi un coefficient de hauteur $k_h$ qui correspond plus aux phénomènes observés au cours des essais tout en se plaçant du point de vue de la sécurité.

* La norme EN384 définit un lien direct entre la masse volumique et la résistance caractéristique en compression transversale par une formule qui est validée par les résultats obtenus pour les 3 essences. En revanche, la formule reliant les résistances en compression axiale et en flexion est pénalisante pour le hêtre et le chêne. Tout comme pour les résineux, la correction de la résistance en compression axiale en fonction de l'humidité proposée par l'EN 384 n'est pas assez restrictive et nécessite une modification.

Les lois de portance utilisées pour la justification des assemblages ont été étudiées. Dans le sens longitudinal, une nouvelle

<figure><img src="image_61.png" /><figcaption>Banc de fluage en flexion (Egletons). Crédit photo : Maximin Varnier (GC2D).</figcaption></figure>

équation permet d'augmenter la résistance prédite par le code de calcul. A contrario, la résistance perpendiculairement au fil du bois est surestimée par la norme et doit être modifiée. Néanmoins, la sous-estimation de la masse volumique faite actuellement par le système de classement mécanique reste le principal frein à la valorisation des bois feuillus.

### Production scientifique et valorisation

* Plusieurs communications scientifiques orales et par posters aux niveaux international et national : 5th meeting of International Network on Timber Engineering Research - INTER (Tallinn 2018, Estonie), 11th International Conference on Mechanics of Time-Dependent Materials (Milan 2018, Italie), 8th Hardwood Conference (Sopron 2018, Hongrie), International Conference on Computational Methods in Wood Mechanics - CompWood (Växjö 2019, Suède), INTER 2019 (Tacoma, USA) / GDR Sciences du bois (Bordeaux 2016, Nantes 2017, Cluny 2018), 6e Journées de l'Association Française de l'Adsorption (Paris 2017), Rencontres Universitaires de Génie Civil de l'AUGC (Nantes 2017, Saint-Etienne 2018).

* Participation aux concours : Thèses des bois (2018, 2019), Prix René Houpert AUGC (2018).

* Diffusion des résultats du projet auprès des professionnels de la filière bois-forêt : 8e Forum International Bois Construction (Dijon 2018), Journée « Feuillus dans la construction » (Epinal 2018).

* Thèse de doctorat soutenue par Maximin Varnier le 15 mars 2019. Une seconde thèse doit être soutenue par Thibault Benistand fin 2019.

* Un article scientifique soumis pour publication dans *Wood Science and Technology*.

### Le projet EFEUR5

Partenaires : CRITT Bois, EA4370 LERMAB (Université de Lorraine), EA3178 GC2D (Université de Limoges), UMR 5508 LMGC (Université de Montpellier-CNRS), UMR 1434 SILVA (AgroParis-tech-INRA-Université de Lorraine).

**COORDINATEUR**

Eric Masson : eric.masson@cribois.net
# EPITREE

## Impacts évolutif et fonctionnel de variations épigénétiques chez les arbres forestiers

### — Rappel des objectifs

Le projet EPITREE a pour objectif d'étudier l'impact de la marque épigénétique (méthylation de l'ADN) ainsi que de l'expression génique et de la variation allélique sur l'adaptation des arbres forestiers ainsi que la plasticité phénotypique. En particulier, nous explorerons les avantages de considérer les marques épigénétiques en plus des polymorphismes génétiques et des phénomènes dans la caractérisation, conservation et valorisation des ressources génétiques, chez deux essences forestières majeures (peuplier et chêne). EPITREE réunit des experts en épigénétique des arbres, génomique, statistiques, modélisation mathématique, sélection et écophysiologie.

### — Résultats majeurs

Projet en cours 2018-2021.
https://www6.inra.fr/epitree-project/

### — Production scientifique et valorisation

* Sow MD, Segura V, Chamaillard S, Jorge V, Delaunay A, Lafon-Placette C, Fichot R, Faivre-Rampant P, Villar M, Brignolas F, Maury S (2018) Narrow-sense heritability and PST estimates of DNA methylation in three Populus nigra L. populations under contrasting water availability. Tree Genetics & Genomes 14:78. https://doi.org/10.1007/s11295-018-1293-6

* Sow, M. D. Allona I, Ambroise C, Conde D, Fichot R, Gribkova S, Jorge V, Le-Provost G, Pâques L, Plomion C, Salse J, Sanchez-Rodriguez L, Segura V, Tost J, Maury S (2018) Epigenetics in forest trees: state of the art and potential implications for breeding and management in a context of climate change. Advances in Botanical Research 88, 387-453. https://doi.org/10.1016/bs.abr.2018.09.003

* Maury S, Sow MD, Le Gac A-L, Genitoni J, Lafon-Placette C, Mozgová I (2019) Phytohormone and chromatin Crosstalk: The Missing Link For Developmental Plasticity? Frontiers in Plant Science. https://doi.org/10.3389/fpls.2019.00395

* Maury S, Le Gac AL, Lafon-Placette C, Sow MD, Fichot R, Delaunay A, Le Jan I, Lelu-Walter MA, Segura V, Rogier O, Trontin JF, Plomion P, Le Provost G, Ehrenmann F, Salse J, Ambroise C, Gribkova S, Mirouze M, Grunau C, Chaparro C, Strauss SH, Conde D, Allona I, Tost J (2019) Epigenetics in trees: a source of plasticity and adaptation in the context of climate change. Proceedings of the Fifth International Conference of the IUFRO Unit 2.09.02: Somatic Embryogenesis and Other Vegetative Propagation Technologies. http://www.iufro.org/publications/proceedings/proceedings-meetings-2018/

* Maury, S (2018) Travaux pionniers sur la mémoire de la sécheresse chez les arbres. http://www.inra.fr/Chercheurs-etudiants/Biologie-vegetale/Toutes-les-actualites/Travaux-pionniers-sur-la-mémoire-de-la-secheresse-chez-les-arbres

* Maury, S (07/06/2019) L'épigénétique : un levier pour l'amélioration variétale ? Webinaires pour les professionnels de l'amélioration végétale du pôle de compétitivité Végépolys. https://www.vegepolys.eu/agenda/5911-lepigenetique-un-levier-pour-l-amelioration-varietale-universite-d-orleans-lblgc.html

**Le projet EPITREE**

Partenaires : UPRES EA 1207-USC 1328 LBLGC (INRA-Université Orléans), UMR 0588 BioForA (INRA-ONF), UMR 1202 BIOGECO (INRA-Univ. Bordeaux), GDEC (INRA-Université Clermont Auvergne), UMR 8071 LaMME (CNRS-Université d'Évry Val d'Essonne), Laboratoire Epigénétique et Environnement (CNRGH-CEA).

**COORDINATEUR**

Stéphane Maury : stephane.maury@univ-orleans.fr

Logo EPITREE (réalisé par Christophe Ambroise).

<figure><img src="image_62.png" /></figure>

Modèle schématique du lien entre les signaux environnementaux et la régulation épigénétique dans le méristème apical (SAM). D'après Sow et al., 2018 ABR. https://doi.org/10.1016/bs.abr.2018.09.003

<figure><img src="image_63.png" /></figure>
# EXPANDTREE

## Patrons spatio-temporels de colonisation dans une population d'arbres en expansion : une approche intégrant génétique et génomique

### — Explorer les processus démo-génétiques à l'œuvre dans un front de colonisation

* S'appuyer sur deux populations d'arbres en expansion depuis seulement quelques générations pour étudier à fine échelle les processus démo-génétiques :

Une proportion conséquente de forêts méditerranéennes sont actuellement sujettes à une expansion démographique ou au déplacement spatial de leur aire de répartition. Cela peut être le fait des changements environnementaux à l'œuvre, à la déprise des activités humaines ou faire suite à une récente translocation. Si de nombreuses études passées ont exploré la dynamique spatio-temporelle de populations en expansion, beaucoup moins se sont penchées sur la manière dont la diversité génétique se distribue dans le temps et dans l'espace sous l'effet des principaux processus écologiques à l'œuvre (dispersion à longue distance, effets Allee, dispersion groupée...). De plus, dans le contexte des changements climatiques et de la fragmentation spatiale des milieux, comprendre les dynamiques à fines échelles de temps et d'espace est particulièrement pertinent pour des espèces à longue durée de vie, comme les arbres, qui doivent s'adapter à de nouvelles conditions en seulement quelques générations. C'est l'orientation principale suivie dans le projet EXPANDTREE.

* Des avancées méthodologiques pour exploiter des données issues de photographies aériennes historiques, de marqueurs génétiques et de relevés de terrain :

Le projet s'est appuyé sur deux populations en expansion récente : le cèdre du Mont Ventoux introduit en 1870 et le genévrier de Phoenicie dans le parc de Doñana en expansion à partir de fragments depuis 1950. Peu d'arbres ayant été coupés, ces deux sites offrent une rare opportunité d'étudier plusieurs cohortes successives toujours en place dans le même environnement, et résultant des processus écologiques d'intérêt pour le projet. Pour coupler des aspects de démographie et des aspects de génétique des populations, nous avons rassemblé des chroniques spatio-temporelles par l'exploitation de photographies historiques, et des données génétiques après avoir développé de nouveaux marqueurs pour ces deux espèces. Des méthodes d'analyse statistique adaptées aux fines échelles spatio-temporelles ont été spécifiquement développées pour traiter les données hétérogènes collectées. Finalement ces approches statistiques ont été accompagnées de modèles de simulations pour étudier dans une large gamme de paramètres les effets attendus de différents processus écologiques, comme la dispersion groupée en particulier.

### — Résultats majeurs

Les analyses démographiques ont montré une vitesse d'expansion rapide du cèdre et du genévrier, expliquée par la dispersion à longue distance présente dès le début de l'expansion. Les hétrogénéités environnementales et génétiques attendues le long d'un gradient d'expansion ont un effet sur la fitness des *juniperus* lors d'une sécheresse, confirmant la spécificité du front de colonisation en termes démo-génétiques. Mais finalement, sur le cèdre, aucune structure génétique n'est mise en évidence à l'échelle de la zone d'expansion (pas d'effets de fondation avec l'avancée du front, diversité conservée), du fait de la longue durée de la phase juvénile.

### — Production scientifique et valorisation

Le projet a donné lieu à 11 publications principales dans des revues d'écologie et 5 autres sont encore au stade de manuscrit. Les données accumulées dans EXPANDTREE sur les deux populations de *Cedrus atlantica* et de *Juniperus phoenica* sont encore l'objet de nouvelles analyses et le support à de développements méthodologiques originaux. Les marqueurs génétiques (SSR et SNP) développés dans ce projet sont utilisés dans d'autres études de génétique des populations sur ces espèces. Ce projet a également donné lieu à une session thématique du meeting annuel de la British Ecological Society (Edimbourg, 2016), suivie de l'édition d'un numéro spécial de Journal of Ecology. EXPANTREE a également renforcé notre réseau de collaboration et a contribué à la participation de certains membres au projet SPONFOREST, financé par l'EU (Biodiversa) et coordonné par Arndt Hampe (INRA, Bordeaux).

**Le projet EXPANDTREE**

**Partenaires** : UR Biostatistique et Processus Spatiaux (INRa), CIBIO Porto (Portugal).

**COORDINATEURS**

Étienne Klein (INRA, France) : etienne.Klein@inra.fr
Cristina Garcia (CIBIO, Portugal) : cristinagarcia@cibio.up.pt

Individus de cèdres géolocalisés dans 8 polygones instrumentaux à partir de photographies aériennes datant de 1973, 1996 et 2005. Crédit : IGN.

<figure><img src="image_64.png" /></figure>
# FireCaster

## Simuler les incendies à haute résolution et estimer les risques sur le territoire

### — Un ensemble cohérent, des données aux résultats, chaîne numérique pré-opérationnelle d'aide à la décision en crise et prévision de risque

Le contexte de changement climatique couplé à une occupation humaine grandissante des espaces végétaux complexifie la gestion des incendies de forêt. Il existe cependant un contexte favorable au développement de nouveaux systèmes d'aide à la décision en incendie, des ordinateurs de plus en plus puissants, des données plus précises et une avancée des méthodes. L'objectif de FireCaster est de les développer de manière cohérente afin de pouvoir les assembler dans une plateforme pré-opérationnelle. Pour cela il est nécessaire de modifier, généraliser et valider un ensemble d'approches prototypes (ayant fonctionné sur quelques évènements) afin de proposer des méthodes pertinentes dans un contexte prédictif, de réponse courte avec des observations effectivement disponibles en condition réelle. Un modèle de végétation de nouvelle génération permet ainsi de fournir par calcul probabiliste une carte du risque quotidien (grâce à une estimation des enjeux économiques potentiels) et de déterminer les paramètres pour un autre modèle activé en situation de crise. Il permet d'estimer rapidement les scénarios de lutte, leur coût, la position du front, la dispersion de fumées et la micro-météorologie locale. Le système développé est basé sur des outils de modélisation avancés (méthodes d'ensemble, modèle de sol, couplage multi-physique) et l'utilisation de calcul haute performance. Un modèle de végétation de nouvelle génération est au centre du système, permettant de fournir les paramètres nécessaires pour les modèles de combustion. Les modèles MesoNH et ISBA (humidité du végétal mort) (CNRM) sont ainsi utilisés pour disposer d'une prévision quotidienne à haute résolution et haute fréquence (infériure à 1 heure). Ces prévisions permettent d'envisager le test de simulation probabiliste (INRIA) de propagation où il sera possible de quantifier la fiabilité du modèle. Couplé à un volet économique (LISA), ces probabilités de danger permettent d'estimer le risque potentiel quotidien. Une méthode d'assimilation de données d'observation de flamme (CECI) est aussi développée pour réduire l'incertitude sur la position future du front. Enfin, initialisée quotidiennement par les prévisions du modèle de prévision numérique du temps AROME, la simulation couplée feu/atmosphère (CNRM/

LA/SPE) détermine les effets météorologique locaux ainsi que la dispersion du panache de l'incendie. Une version compressible du modèle Méso-NH est par ailleurs développée en mode recherche, afin d'évaluer l'apport sur la version anélastique classiquement utilisée dans le voisinage du feu.

### — Résultats majeurs

La série exceptionnelle d'incendies de l'été 2017 en Corse a pousué à mettre en place des prototypes de méthodes dès le mois de juin. Sept cas d'études ont ainsi pu être traités, en temps réel, mais sans disposer de l'intégralité des développements. Une chaîne de prévision, banc d'essai des méthodes, est ainsi en place depuis 2 ans. Elle propose la météorologie à T+42h et 600 m de résolution. La disponibilité du nouveau modèle de combustible et les deux thèses commencées vont y ajouter les dimensions probabilistes et d'assimilation de données. Une action de mise à disposition des résultats avec les services incendies et un transfert vers un centre opérationnel national sont prévus avant la fin du projet.
http://firecaster.universita.corsica

### — Production scientifique et valorisation

* 6 papiers issus de conférences internationales avec actes

* 1 article, 1 soumis et 2 en préparation

* 4 conférences invitées

* 1 déclaration d'invention mise à jour

**Le projet FireCaster**

**Partenaires:** UMR 6134 Sciences Pour l'Environnement (Université de Corse), UMR 5318 CECI (CNRS), UMR 3589 Centre National de Recherches Météorologiques (CNRS), INRIA, UMR 5560 Laboratoire d'Aérologie (Université Toulouse Paul Sabatier), UMR 6240 LISA (Université de Corse).

**COORDINATEUR**

Jean-Baptiste Filippi : filippi@univ-corse.fr

Simulation couplée MesoNH/ForeFire de l'aérologie et propagation de l'incendie de Cervione, 2 janvier 2018. Champ de vent (vecteurs), zone brûlée (au sol, gris), iso-surface d'énergie cinétique turbulente au-dessus de la zone de flamme et traceur de fumée.

<figure><img src="image_65.png" /></figure>
# FOR-WIND

## Concevoir et simuler les forêts dans le vent –
Adaptation sylvicole et économique de l'aménagement
forestier au risque vent

### — Rappel des objectifs

Le vent est à la fois une cause majeure de dégâts pour les forêts lors des tempêtes, un signal environnemental indispensable à la bonne croissance des arbres car il les endurcit et les rend moins vulnérables, un risque « modèle » pour penser la gestion économique des forêts, par le particulier et la décision publique, sur le long terme et dans l'incertitude. FOR-WIND est un projet interdisciplinaire qui vise à produire des connaissances et outils nouveaux – des données, des modèles, des outils de simulation – pour concevoir la gestion des forêts en tenant compte de l'interaction biophysique entre vent et arbres et de l'économie de l'environnement et du risque. Deux questions scientifiques majeures : en biologie et mécanique environnementale, comment intégrer les effets positifs des vents chroniques sur la croissance dans la prédiction du risque face aux vents forts ? ; en économie et aménagement forestier, quelle complémentarité entre l'assurance contre le risque (soft adaptation) et la transformation des sylvicultures (hard adaptation) ?

### — Résultats majeurs

FOR-WIND a permis d'intégrer les effets du vent avec les autres facteurs du milieu dans les modèles de vulnérabilité et de croissance des forêts en faisant converger des recherches en écophysiologie et biomécanique de l'arbre et des modèles de croissance des forêts développés pour l'ingénierie de la gestion forestière, en s'attachant à décrire l'incertitude. En économie, il a permis de mieux formaliser la question de l'assurance et du soutien des politiques publiques pour l'adaptation au risque, tout en insérant, en amont des modèles théoriques économiques, des itinéraires sylvicoles réalistes simulés par les modèles de croissance.

### — Production scientifique et valorisation

* Albrecht AT, Fortin M, Kohnle U, Ningre F 2015. Coupling a tree growth model with storm damage modeling - Conceptual approach and results of scenario simulations. Environmental Modelling & Software 69: 63-76.

* Bonnesœur V, Constant T, Moulia B, Fournier M 2016. Forest trees filter chronic wind-signals to acclimate to high winds. New Phytologist.

* Brunette M., Couture S., Pannequin F. (2017). Is forest insurance a relevant vector to induce adaptation efforts to climate change ? Annals of Forest Science, 74:41.

* Dupont S. (2016) A simple wind-tree interaction model predicting the probability of wind damage at stand level. Agricultural and Forest Meteorology, 224, 49-63.

* Gardiner, B., Berry, P., Moulia, B. (2016). Review: Wind impacts on plant growth, mechanics and damage. Plant Science, 245, 94-118.

* Kamimura K., Gardiner B., Dupont S., Guyon D., Meredieu C. (2016). Mechanistic and statistical approaches to predicting wind damage to individual maritime pine trees in forests. Canadian Journal of Forest Research, 45, 88-100.

* Hart, E., Sims, K., Kamimura, K., Gardiner, B., (2017). A Hybrid Method for Feature Construction and Selection to Improve Wind-Damage Prediction in the Forestry Sector, in: GECCO '17. Berlin, Germany. doi:10.475/123 4.

* Manso R, Morneau F, Ningre F, Fortin M 2015 Incorporating stochasticity from extreme climatic events and multi-species competition relationships into single-tree mortality models. Forest Ecology and Management 354: 243-253.

<figure><img src="image_66.png" /></figure>

Mesure de la résistance mécanique des hêtres lorrains faisant intervenir les équipes nancéiennes et bordelaises.

* Renaud, J. P., Vega, C., Durrieu, S., Lisein, J., Magnussen, S., Lejeune, P., & Fournier, M. (2017). Stand-level wind damage can be assessed using diachronic photogrammetric canopy height models. Annals of Forest Science, 74(4), 74.

* Yang M, Défossez P, Danjon F, Fourcaud T (2014) Tree stability under wind: simulating uprooting with root breakage using a finite element method. Ann Bot 114:695-709.

Outils de simulation pour l'aide à la décision :

* Simulateur Mathilde de la croissance et de la mortalité des peuplements mélangés hêtraies-chênaies.

* Bibliothèque de calculs ForestGales de la vulnérabilité des peuplements aux vents forts.

* Développés sous la plate-forme ouverte CAPSIS.

http://capsis.cirad.fr/capsis/help_fr/mathilde

http://capsis.cirad.fr/capsis/help_en/forestgales

## Le projet FOR-WIND

**Partenaires** : UMR 1092 LERFOB (INRA), UMR 356 LEF (INRA), UMR AMAP (CIRAD), UMR 1202 BIOGECO (INRA), UPR 1263 EPHYSE (INRA), UMR 547 PIAF (INRA), Département Recherche Développement Innovation (ONF), ISPA (Agro Bordeaux).

## COORDINATRICE

Meriem Fournier : meriem.fournier@inra.fr
# FRAG&BINV

## Conséquences de la fragmentation forestière et conditions des invasions biologiques : le cas des oiseaux des caraïbes

### — Rappel des objectifs

Les activités anthropiques modifient les écosystèmes à un rythme qui s'accélère. Responsable du déclin de nombreuses espèces, la fragmentation des habitats et les invasions biologiques constituent deux menaces majeures pour la biodiversité. Ce projet a permis d'étudier, sur un ensemble d'espèces d'oiseaux représentant un gradient de spécialisation à l'habitat forestier, les effets de la fragmentation sur : (i) la diversité génétique, en réponse aux changements démographiques (populations plus petites et plus isolées), (ii) la qualité phénotypique des individus (morphologie, immunologie, couleur), et (iii) les interactions entre les oiseaux et leurs parasites. De plus, deux hypothèses récentes visant à expliquer le succès des invasions biologiques (l'hypothèse de la perte des ennemis naturels, et l'hypothèse d'une allocation différentielle dans les composantes du système immunitaire) ont été testées. Ce projet concernait quatre territoires (Guyane, Guadeloupe, Martinique, et Montserrat) qui abritent une importante biodiversité souvent endémique, et ont connu une importante érosion du manteau forestier mais aussi de nombreuses introductions ou invasions, essentiellement liées aux activités humaines et à une forte croissance démographique.

### — Résultats majeurs

En plus de contribuer à une meilleure connaissance des conséquences écologiques et évolutives de la fragmentation de l'habitat et des invasions biologiques, ce projet a produit des résultats précieux pour les acteurs de la gestion de la biodiversité.
Ce projet a révélé une différenciation génétique significative à très petite échelle spatiale (au sein de chaque territoire étudié), ce qui est relativement inattendu pour des organismes a priori mobiles tels que les oiseaux et suggère que les effets de la fragmentation ont pu être sous-estimés chez ces organismes. Par ailleurs, plus une espèce est spécialiste de la forêt, plus la fragmentation de cet habitat affecte négativement sa diversité génétique. Les déplacements des oiseaux forestiers sont en effet contraints par les autres habitats, mais de manière hétérogène. Par exemple, l'habitat urbain est 100 fois plus résistant que la forêt à la dispersion de la Paruline caféiette, alors que les terres agricoles semblent seulement 4 fois plus difficiles à traverser. Concernant les parasites des oiseaux, plusieurs souches nouvelles de parasites sanguins (Haemosporidés) ont été décrites dans la région Caraïbe. Plus la forêt est fragmentée, plus la prévalence de ces parasites est élevée chez les oiseaux. Par ailleurs la configuration spatiale des fragments forestiers semble avoir un effet bien plus important que la surface totale de forêt restante.

Enfin, ce projet a fourni des résultats soutenant deux hypothèses couramment avancées pour expliquer le succès des invasions biologiques : l'hypothèse de la perte des ennemis naturels ("Ennemy Release Hypothesis") et l'hypothèse d'une allocation différentielle dans les composantes du système immunitaire. En effet, les oiseaux des populations invasives ont moins de parasites et une réaction immunitaire inflammatoire plus faible que ceux des populations natives.

<figure><img src="image_67.png" /></figure>

Crédit photos : CNRS.

### — Production scientifique et valorisation

8 articles:

* Pérez-Rodríguez *A et al.* (2018) Habitat fragmentation, but not habitat loss, drives the prevalence of blood parasites in a Caribbean passerine. *Ecography* 41: 1835-49.

* Khimoun *A et al.* (2017) Landscape genetic analyses reveal fine-scale effects of forest fragmentation in an insular tropical bird. *Mol. Ecol.* 26: 4906-19.

* Khimoun *A et al.* (2017) Level of genetic differentiation affects relative performances of EST- and genomic SSRs. *Mol. Ecol. Res.* 17: 893-903.

* Bailly *J et al.* (2016) Reduced inflammation in expanding populations of a neotropical bird species. *Ecol. Evol.* 6: 7511-21.

* Khimoun *A et al.* (2016) Habitat specialisation predicts genetic response to fragmentation in tropical birds. *Molecular Ecology* 25: 3831-44.

* Khimoun *A et al.* (2016) Contrasted patterns of genetic differentiation across eight bird species in the Lesser Antilles. *Genetica* 144: 125-38.

* Arnoux *E et al.* (2014) Morphology and genetics reveal an intriguing pattern of differentiation at a very small geographic scale in a bird species, the forest thrush Turdus lherminieri. *Heredity* 113: 514-25.

* Arnoux *E et al.* (2013) Phenotypic variation of Forest Thrushes Turdus lherminieri in Guadeloupe: evidence for geographic differentiation at fine spatial scale. *J. Ornithol.* 154: 977-85.

## Le projet FRAG&BINV

**Partenaires** : UMR 6282 Biogéosciences (Université de Bourgogne), CNERA Avifaune migratrice (Office National de la Chasse et de la Faune Sauvage), Cellule Technique Antilles (Office National de la Chasse et de la Faune Sauvage), GEPOG Guyane, CIBIO (Portugal), Département de l'Environnement (UK).

## COORDINATEUR

Stéphane Garnier : stephane.garnier@u-bourgogne.fr
FUNTASTIC

Nouvelles Oxydases à Radical Cuivre Fongiques
Utilisées comme Biocatalyseurs pour la Valorisation
de la Biomasse Végétale et d'Alcools

— Rappel des objectifs

La vision de ce projet, basé sur un partenariat international Franco-Canadien (ANR-NSERC), est d'exploiter les connaissances fondamentales acquises grâce à la découverte de nouvelles enzymes, afin de développer de nouveaux procédés biotechnologiques utilisables pour la valorisation des ressources naturelles retrouvées de manière abondante sur les territoires Français et Canadien. Dans la nature, les champignons filamentueux jouent un rôle crucial dans la dégradation/modification des glucides et des métabolites secondaires à travers la production d'enzymes oxydatives. Ce projet repose donc sur la révélation du potentiel catalytique inexploité de la famille diversifiée des oxydases à radical cuivre (CROs), dont il a été démontré la capacité à modifier les polysaccharides et autres alcools à travers l'introduction de groupements fonctionnels de type carbonyle, dans le but de valoriser les composants de la biomasse, en particulier les glucides complexes et les alcools en travaillant explicitement dans le sens de la biologie synthétique.

Ainsi, l'objectif principal de ce projet est de découvrir de nouvelles CROs avec de nouvelles fonctionnalités et d'élucider leur mécanisme moléculaire par une approche structure-fonction. En détails, les objectifs initiaux fixés sont les suivants : (i) identifier et caractériser de nouveaux biocatalyseurs fongiques de la sous-famille AA5_2 de la classification CAZy, (ii) identifier les motifs structurels qui dictent la spécificité de substrat au sein des AA5_2, et (iii) envisager de nouvelles applications biotechnologiques en utilisant ces nouveaux biocatalyseurs. Précisément, la stratégie de recherche mise en œuvre est : (i) d'exploiter les bases de données de séquences publiques/privées et la biodiversité fongique de la collection du CIRM-CF pour cibler les nouveaux gènes AA5_2, (ii) de produire un grand nombre de nouvelles enzymes AA5_2 fongiques couvrant la phylogénie de cette famille, (iii) de caractériser en détail (c'est-à-dire aux niveaux biochimique, enzymatique, structural et biophysique) les nouvelles enzymes ciblées ayant des activités spécifiques élevées et/ou larges contre un panel de substrats comprenant des alcools et des polysaccharides, (iv) de comprendre le mécanisme catalytique de ces enzymes par analyse des produits de réaction par des analyses cinétiques en temps réel, (v) d'identifier les relations structure/activité par des approches structurales et par mutagenèse dirigée, (vi) d'améliorer et d'étendre la fonctionnalisation des polysaccharides naturels, l'oxydation d'alcools en aldéhydes correspondants, (viii) d'amener la pro-

duction des biocatalyseurs et des aldéhydes par un procédé de bioconversion à une échelle industrielle et, (ix) de transférer la technologie pour mettre la propriété intellectuelle issue de ces objectifs pratiques au service de l'industrie en collaboration avec des entreprises françaises et canadiennes.

— Résultats majeurs

Ce projet impliquant deux partenaires industriels, les résultats sont donc confidentiels.

— Production scientifique et valorisation

Ce projet étant dans le début de sa seconde année et impliquant de surcroit deux partenaires industriels, les résultats ne sont par conséquent pas publiés pour le moment.

Le projet FUNTASTIC

Partenaires : UMR7313 Institut des Sciences Moléculaires (Aix-Marseille Université, Marseille), UMR 1163 Biotechnologie et Biodiversité Fongiques (INRA), Société Mane & Fils, Michael Smith Laboratories-University of British Columbia (Canada), Société Novozymes Canada Ltd (Canada).

COORDINATEUR

Mickaël Lafond : mickael.lafond@univ-amu.fr

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Discover novel oxidative enzymes
(CROs from AA5)

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hemicellulose

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Biocatalytically upgrade key biomass components
(carbohydrates and extractives)

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New bioproducts,
further chemistry to
produce additional
chemicals and
biomaterials

Crédit : Brumer H. 2016.
# FUNTUNE

## Cocktails enzymatiques inspirés de modèles fongiques pour la déconstruction contrôlée de la biomasse végétale

### — Rappel des objectifs

Le développement de bioprocédés basés sur la transformation de la biomasse végétale en alternative au carbone fossile est limité par deux verrous majeurs : la récalcitrance de la lignocellulose, qui augmente le coût des traitements, et la diversité des biomasses disponibles. La récalcitrance de la biomasse végétale est principalement due à la structure cristalline de la cellulose et à la présence de lignine, un polymère polyphénolique qui limite l'accès des enzymes cellulosiques à leur substrat. Des prétraitements thermochimiques rendent la fraction polysaccharidique accessible aux enzymes hydrolytiques. Cependant, outre leur coût, ces prétraitements ont un impact environnemental non négligeable. Une alternative aux prétraitements thermochimiques est le développement de procédés enzymatiques, respectueux de l'environnement, capables d'agir sur la lignocellulose récalcitrante. Le second défi est le développement de bioprocédés adaptés à une ressource en biomasse variée, permettant de valoriser les ressources locales. Une réponse à ces deux défis est le développement de cocktails enzymatiques capables de réduire la récalcitrance d'une large gamme de biomasses.

Les champignons associés aux plantes ont développé au cours de l'évolution des outils enzymatiques adaptés à des hôtes et substrats variés. Ces outils enzymatiques sont des facteurs déterminants d'une déconstruction contrôlée des parois végétales pendant l'interaction avec la plante. Tandis que les champignons du bois dégradent les parois végétales grâce à une large gamme d'enzymes actives sur carbohydrates (CAZymes) et sur la lignine (péroxidases et oxidoréductases partenaires), les champignons symbiotiques causent des modifications subtiles des parois. Les champignons pathogènes quant à eux entraînent différents degrés de modification ou de dégradation des parois.

Dans ce projet nous explorons les mécanismes enzymatiques fongiques afin de concevoir des cocktails enzymatiques bio-inspirés capables d'agir sur des biomasses variées pour en réduire la récalcitrance. Au-delà de l'analyse comparative de répertoires de gènes de la lignocellulolyse, nous étudions la part active de ces jeux enzymatiques lors de la colonisation de tissus végétaux.

### — Résultats majeurs

* Nous avons identifié un jeu d'enzymes communément sécrétées par les champignons saprotrophes, pathogènes et mycorhiziens au cours de la colonisation de tissus végétaux. Parmi elles, des endoglucanases de la famille GH131, des beta-1,4-endoglucanases, des expansines et des polygalacturonases semblent jouer un rôle clé dans la déstructuration des parois végétales.

* L'étude comparative de champignons dégradeurs du bois du groupe des Trametes a montré que ces champignons produisent simultanément une panoplie d'enzymes ciblant les différentes liaisons des chaînes polysaccharidiques qui pourraient agir de façon coordonnée dès les étapes précoces de la colonisation du bois. En particulier, des laccases, des alpha-galactosidases et des arabinofuranosidases semblent importantes pour le succès de la colonisation du bois.

* Nous avons montré chez ces champignons l'importance des mécanismes oxydatifs de dégradation de la lignocellulose. Nous avons identifié les partenaires rédox des péroxidases actives sur la lignine et des Lytic Polysaccharide Monooxygenases (LPMOs) actives sur la cellulose et certains polymères d'hémicellulose.

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Synergie entre GH131 et cellobiohydrolase pour la libération de glucose à partir de fibres de bois de bouleau. La GH131 PsGluc131A a été identifiée chez le champignon *Pycnoporus sanguineus* (A). La synergie entre PsGluc131A et la cellobiohydrolase CBH1 de *Trichoderma reesei* (B) pourrait être liée à l'activité endoglucanase de PsGluc131A générant des sites accessibles pour l'activité exoglucanase de la CBH (C). Modified from Anasontzis et al., Environ. Microbiol. 2019.

* Les endoglucanases de la famille GH131 étaient encore peu caractérisées à l'initiation du projet. Nous avons montré que ces enzymes clivent les liaisons glycosidiques β-1,3, β-1,4 et les polymères de liaisons mixtes β-1,3/1,4. Nous avons mis en évidence une synergie enzymatique entre GH131s et cellobiohydrolases qui permet d'augmenter le taux d'extraction de glucose à partir de fibres de bois.

* L'étude de l'endoglucanase GH5 d'un champignon mycorhizien a montré que cette enzyme est importante pour l'établissement de la mycorhize, et pourrait jouer un rôle dans la modification des parois des cellules racinaires des arbres hôtes lors de la symbiose.

### — Production scientifique et valorisation

* Anasontzis GE et al. 2019. *Environmental Microbiology* doi: 10.1111/1462-2920.14596.

* Zhang F et al. 2018. *New Phytologist* 220(4):1309-1321.

* Jurak E et al. 2018. *BMC Genomics* 19(1):815.

* Miyauchi S et al. 2018. *Biotechnology for Biofuels* 11:201.

* Haitjema CH et al. 2017. *Nature Microbiology* 2:17087.

* Miyauchi S et al. 2017. *PLoS One* 12(4):e0175528.

* Miyauchi S et al. 2016. *Frontiers in Microbiology* 7: 1335.

#### Le projet FUNTUNE

**Partenaires** : UMR 1163 Biotechnologie des Champignons Fila-menteux (INRA), UMR 1136 Interactions Arbres Micro-organismes (INRA), UR 1290 Biologie et Gestion des Risques En Agriculture (INRA), UMR 7257 Architecture et Fonction des Macromolécules Biologiques (Université Aix Marseille).

#### COORDINATRICE

**Marie-Noëlle Rosso** : marie-noelle.rosso@inra.fr