Soutenance de thèse de Bertille Loiseau

Titre : Développement de l’hydrogéophysique pour l’étude des flux d’eau en milieu forestier

Participeront à ce jury :
M. Konstantinos Chalikakis, Professeur des Universités, Avignon Université, UMR 1114 EMMAH, rapporteur
M. Lionel Jarlan, Directeur de recherche IRD, UMR 5126 CESBIO, Toulouse , rapporteur
M. Vazken Andréassian, IG  INRAE, UR HYCAR,  Antony, examinateur
Mme Agnès Ducharne, Directrice de recherche CNRS, UMR 7619 METIS, Paris, examinatrice
Mme Nolwenn Lesparre, Chargée de recherche CNRS, UMR 7063 ITES, Strasbourg, examinatrice
Mme Isabelle Maréchaux, Chargée de recherche INRAE, UMR 5120 AMAP, Montpellier, examinatrice
M. Simon Carrière, Maître de conférences (HDR), Sorbonne Université, UMR 7619 METIS, Paris,directeur de thèse
M. Damien Jougnot, Directeur de recherche CNRS, UMR 7619 METIS, Paris, co-directeur de thèse
M. Nicolas Martin, Chargé de recherche INRAE, URFM, Avignon, co-encadrant, invité

La soutenance se déroulera le mardi 17 décembre 2024 à 14h,  dans la salle de conférences de l'UFR TEB  (tour 46-56, au 2ème étage), sur le site Jussieu Pierre et Marie Curie (Sorbonne Université, 4 place Jussieu, 75005 Paris).
La soutenance sera également accessible par visioconférence depuis le lien suivant : https://zoom.us/j/94239935525
Le lien sera activé dès 13h30. Pour ne pas perturber la soutenance, merci à tout participant de couper micro et caméra lors de la connexion.

Résumé : Les forêts recouvrent près d'un tiers des terres émergées de la Terre et jouent un rôle central dans les cycles du carbone, de l'eau et de l’énergie. Cependant, leur avenir est incertain face au changementclimatique qui aggrave les problèmes de sécheresses en augmentant leur fréquence et leur intensité dans de nombreuses régions du monde, notamment en région Méditerranée. La disponibilité de l’eau dans le sol et son accessibilité par les arbres est un facteur clé qui régule la transpiration, la production de biomasse et la distribution des espèces végétales dans les écosystèmes. La caractérisation des ressources en eau dans le sol et de la dynamique du prélèvement d’eau par les arbres apparaît essentielle pour améliorer notre compréhension du fonctionnement des écosystèmes forestiers. Cette thèse a pour objectif général de coupler la géophysique à des méthodes écophysiologiques pour mieux quantifier la dynamique des prélèvements de l’eau en forêt.
Le premier chapitre de cette thèse vise à offrir une synthèse sur l'utilisation de la géophysique en contexte forestier et de son apport. Le deuxième chapitre consiste à développer une méthodologie de traitement des données de tomographie de résistivité électrique (ERT) afin de mieux quantifier les flux d’eau dans le sol. La méthode développée permet de convertir les données d’ERT en teneur en eau selon une approche d’ensemble. Le troisième chapitre consiste à étudier la dynamique de la teneur en eau dans le sol en lien avec la végétation. Pour ce faire, des mesures d’ERT ont été réalisées pour suivre la dynamique de l’eau dans le sol associés à un suivi des flux de sève pour observer la dynamique de transpiration des arbres. Ces travaux ont été réalisés sur deux sites forestiers méditerranéens en France : l'observatoire du Larzac et la forêt de Font-Blanche. Un site additionnel non forestier a été utilisé pour valider la méthode proposée en contexte agricole : la parcelle “lysimètre” de l’INRAE d'Avignon.
Cette thèse met en évidence le potentiel des méthodes géophysiques pour enrichir les études d’écologie forestière et leur complémentarité avec les approches traditionnelles. Les résultats soulignent l’efficacité de l’ERT pour suivre la dynamique de l’eau dans les sous-sols forestiers qui sont souvent hétérogènes. Grâce à la méthode EA-ERT développée, des données quantitatives de teneur en eau ont été obtenues avec des erreurs relativement faibles comparées aux données mesurées avec des sondes d’humidité. La comparaison des variations du stock d’eau issues de l’ERT et la transpiration mesurée ou l’évapotranspiration modélisée via une approche de bilan hydrique, a montré la capacité de l’ERT à capter l’hétérogénéité temporelle et spatiale des flux évapotranspirés. L’approche multidisciplinaire de cette thèse, qui combine l’hydrogéophysique et l’écohydrologie, ouvre la voie à une meilleure quantification des flux d’eau et, à terme, au développement d’outils pour leur spatialisation. Ce travail contribuera à une meilleure compréhension du fonctionnement et de l’évolution des forêts, et notamment de l’impact des sécheresses sur ces écosystèmes.
Mots-clefs : hydrogéophysique, tomographie de résistivité électrique - ERT, teneur en eau du sol, écologie forestière, écohydrologie, flux de sève, évapotranspiration, transpiration, forêt méditerranéenne

Title: Development of hydrogeophysics for water flow studies in forest environments
Abstract: Forests cover almost one-third of the Earth's land surface and play a central role in the carbon, water and energy cycles. However, their future is uncertain with climate change, which is exacerbating drought problems by increasing their frequency and intensity in many regions of the world, particularly in the Mediterranean region. Soil water availability and its accessibility to trees are key factors regulating transpiration, biomass production and plant species distribution in ecosystems. Characterizing soil water resources and the dynamics of water uptake by trees is essential to improve our understanding of forest ecosystem functioning. The general aim of this thesis is to combine geophysics with ecophysiological methods in order to better quantify the dynamics of water uptake in forests.
The first chapter of this thesis aims to provide an overview on the use of geophysics in forest contexts and its contributions. The second chapter consists of the development of a methodology for processing electrical resistivity tomography (ERT) data to better quantify soil water fluxes. The developed method enables to convert ERT data into soil water content using a merging approach. The third chapter consists of studying the soil water dynamics in relation to vegetation. To achieve this, ERT measurements were carried out to monitor soil water dynamics combined with sap flow monitoring to observe tree transpiration dynamics. This work was carried out on two Mediterranean forest sites in France: the Larzac observatory and the Font-Blanche forest. An additional non-forestry site was used to validate the proposed method in an agricultural context: the “lysimeter” plot at INRAE in Avignon.
This thesis highlights the potential of geophysical methods for enhance forest ecology studies and their complementarity with traditional approaches. The results underline the ERT effectiveness for monitoring soil water dynamics in forest subsoils, which are often heterogeneous. Thanks to the developed EA-ERT method, quantitative water content were obtained with relatively low errors compared to data measured with moisture probes. Comparison of water stock variations derived from ERT with measured transpiration or modeled evapotranspiration through a water balance approach, demonstrated ERT's ability to capture the temporal and spatial heterogeneity of evapotranspired fluxes. The multidisciplinary approach of this thesis, which combines hydrogeophysics and ecohydrology, opens the way to better quantify water flows and, ultimately, to develop tools for their spatialization. This work will contribute to better understand forest functioning and evolution, and in particular the impact of droughts on these ecosystems.
Keywords: Hydrogeophysic, electrical resistivity tomography - ERT, soil water content, forest ecology, ecohydrology, sap flow, evapotranspiration, transpiration, Mediterranean forest