Thèse Caractérisation Multi-Échelle des Réponses des Arbres au Contexte Urbain de l'Échelle Moléculaire à l'Échelle Satellitaire pour l'Identification de Marqueurs à Destination des Gestionnaires H/F - Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : Université de Rennes École doctorale : École doctorale Écologie, Géosciences, Agronomie et Alimentation Laboratoire de recherche : ECOSYSTEMES, BIODIVERSITE, EVOLUTION Direction de la thèse : Cecile SULMON-MAISONNEUVE ORCID 0000-0003-3989-9853 Date limite de candidature : 2026-05-28T00:00:00 Le patrimoine arboré des villes est une source importante de services écosystémiques (éléments de nature et d'accueil de la biodiversité, rafraichissement, réduction de la pollution, esthétisme, bien-être... ; Suchocka et al. 2023) et présente par conséquent un enjeu de gestion et de conservation. Or, les écosystèmes urbains se caractérisent par des conditions environnementales souvent contraignantes, qui devraient s'accroitre dans le contexte du changement global et notamment climatique, et qui peuvent représenter des stress cumulatifs pour les organismes exposés (Rebele, 1994). En particulier, les îlots de chaleur urbains (ICUs) et les fortes températures associées, le manque ou l'excès d'eau lié à l'imperméabilisation des sols, et la faible qualité des sols constituent des stress majeurs pouvant impacter le développement, la croissance et la survie des arbres en ville. Dans ce contexte, et afin de suivre l'état de santé des arbres et d'anticiper de futures plantations, il apparait nécessaire de développer des outils de diagnostic mobilisables par les gestionnaires, et plus largement, de mieux caractériser le potentiel de réponses ou d'adaptation des essences arborées aux contraintes urbaines. En se basant sur deux espèces, le platane ( Platanus sp. ) et le chêne pédonculé ( Quercus robur ), largement implantées dans les matrices urbaines et notamment dans la métropole rennaise, l'objectif de la thèse est de caractériser, principalement en conditions in situ et ponctuellement en conditions contrôlées, les réponses des arbres à différents contextes urbains. Le projet sera basé sur des dispositifs d'étude déjà mis en place sur la ville de Rennes, et en cours de définition sur la ville de Toulouse [projet ANR Monitree (Resp T Corpetti, 2024-2028), projet Astress Rennes Métropole (Resp J Nabucet, 2021-2024), intégrant des alignements d'arbres sur un gradient d'urbanisation, depuis les zones les plus urbanisées du centre-ville identifiées comme îlots de chaleur urbains jusqu'à des zones péri-urbaines et rurales pour lesquelles le statut sanitaire et de vigueur des arbres est caractérisé. Le projet exploitera les données (caractérisation des sites, météorologie, télédétection, végétation), ainsi que les échantillons acquis depuis plusieurs années (avec 3 périodes d'échantillonnage par an représentatives des différentes contraintes climatiques) sur le dispositif rennais et en cours d'acquisition sur la ville de Toulouse (2026). Leur exploitation permettra de caractériser les expositions et les réponses des deux espèces en fonction des variables climatiques et urbaines associées à chaque site. L'exploitation du dispositif de Toulouse permettra de se positionner dans une perspective de changement climatique, certains scénarios de changement climatique prédisant que les températures à Rennes pourraient se rapprocher de celles observées à Toulouse (Dubreuil, 2022). Le projet répondra aux questions suivantes : i) quelles sont les réponses et l'état écophysiologique des arbres selon les contraintes urbaines locales, ii) quelles sont les similarités de ces réponses par rapport à des contextes forestiers ou des stress isolés, iii) quelle est l'influence de la vigueur/statut sanitaire de l'arbre et de ses états et réponses écophysiologiques passés sur les réponses observées (approches intra- et inter-annuelles), iv) quelles sont les capacités de réponse du platane et du chêne pédonculé aux contraintes urbaines, et notamment thermiques, dans un contexte de changement climatique (comparaison Rennes-Toulouse), v) peut-on identifier des marqueurs exploitables comme outils de diagnostic d'état de stress ou de réponse aux contraintes dans un contexte urbain. Les réponses écophysiologiques des arbres seront caractérisées à différentes échelles en associant des approches transcriptomiques d'expression de gènes, des approches métabolomiques, biochimiques et d'étude de traits morphométriques, et des approches de télédétection focalisées sur les feuilles en tant qu'organe majeur de fixation du carbone en interaction directe avec l'environnement. Une campagne additionnelle de terrain sur Rennes et/ou Toulouse pourra être envisagée en 2027 pour compléter le jeu de données et développer une approche exploratoire sur l'importance et la spécificité des émissions de composés organiques volatils (COVs) en réponse aux contraintes urbaines, et notamment aux stress thermique (îlots de chaleur) et hydrique. Les arbres, et notamment le chêne pédonculé, sont en effet des émetteurs de COVs (en particulier d'isoprène pour Q. robur ) en situation de stress (Peñuelas and Staudt, 2010). Il est donc pertinent de s'interroger sur, d'une part, le potentiel d'identification de COVs/bouquets de COVs comme marqueurs de stress chez les espèces étudiées, et d'autre part, sur les conséquences de ces émissions sur la qualité de l'air en milieu urbain, la réactivité atmosphérique des COVs pouvant aboutir à la formation d'aérosols organiques et de gaz à effet de serre. Pour investiguer cette question, des expérimentations en conditions contrôlées pourront être réalisées. A terme, ce projet devrait aboutir à l'identification de marqueurs d'état de santé et de stress des arbres et, en particulier, de marqueurs issus d'outils de télédétection à destination des gestionnaires pour le suivi temporel et longue distance des arbres en milieu urbain. Les encadrants du projet de thèse travaillent ensemble depuis quatre ans sur cette thématique, qui a été initiée par le projet Astress portant sur l'Evaluation des séries temporelles d'images Sentinel-2 pour la caractérisation et le suivi de l'état de santé de la végétation arborée en milieu urbain (Resp J Nabucet, UMR 6554 LETG). Ces quatre années ont permis de poser des questions de recherche claires, de mettre en place les dispositifs d'étude in situ , et de réaliser plusieurs séries d'échantillonnages afin de constituer un jeu de données complet et une base d'échantillons encore en partie à analyser. C Sulmon (Pr, Univ Rennes) et G Gouesbet (IR, CNRS) travaillent depuis une vingtaine d'années sur les réponses des plantes aux stress abiotiques via des approches d'écophysiologie, de métabolomique et de transcriptomique, et développent des projets menés à la fois en conditions in situ et en conditions contrôlées. Elles développent depuis quatre ans des travaux sur le modèle arbre pour lequel elles ont transféré leurs compétences. Elles développent également depuis 2025 des travaux sur les émissions de COVs par les arbres en lien avec l'Institut de Physique de Rennes (IPR) et les plateformes P2M2 (INRAE, https://p2m2.hub.inrae.fr/ ) et ECOCHIM (Univ Rennes, https://ecobio.univ-rennes.fr/plateforme-ecochim ). J Nabucet (IR, CNRS) travaille depuis 10 ans sur le suivi et la caractérisation de la végétation arborée en ville par télédétection multimodale. Ses travaux abordent l'apport de données à très haute résolution spatiale pour la connaissance du patrimoine arboré des milieux urbains. Il développe des approches basées sur l'analyse de séries temporelles 2D et 3D pour la caractérisation de la réponse de l'arbre en ville aux stress hydriques et thermiques. Il coordonne depuis 2025 le laboratoire Commun CNRS RENNAT (Rennes : Nature et Adaptation du Territoire) qui accompagne, entre autres, les services de la métropole de Rennes dans le transfert de connaissance et de savoir-faire pour l'adaptation des pratiques et des modes de gestions du patrimoine arboré. Le projet de thèse est réalisable avec les moyens disponibles au sein des deux unités de recherche des encadrants (UMR 6553 ECOBIO, UMR 6554 LETG). Il est également réalisable dans le temps imparti dans la mesure où une partie significative des échantillons et des données sont déjà disponibles. Les analyses de transcriptomiques pourront être réalisées au sein de la plateforme ECOGENO ( https://ecobio.univ-rennes.fr/plateforme-ecogeno , Univ Rennes, Oseren/Ecobio) et du plateau technique d'Ecologie Moléculaire (PEM, Ecobio). Les analyses métabolomiques et de COVs pourront être réalisées au sein de la plateforme Ecochim (Univ Rennes, Oseren/Ecobio) et de la plateforme P2M2 (INRAE, IGEPP). Les expérimentations en conditions contrôlées pourront être réalisées au sein de la halle expérimentale (Oseren) dont les chambres climatiques sont gérées par le plateau technique Ecolex (Ecobio). Les moyens techniques nécessaires aux approches de télédétection (caméras, spectroradiomètre) sont disponibles au laboratoire LETG, au sein de la plateforme D2T (Drones Terrain Télédétection), également localisé sur le site de Rennes.
Ce projet revêt plusieurs enjeux. Les arbres ont des fonctions importantes au sein des villes et leurs capacités de réponses aux contraintes du milieu urbain sont encore peu connues. De plus, les connaissances et les stratégies de suivi des arbres (notamment télédétection) exploitées en milieu forestier ne sont pas toutes transposables aux systèmes urbains. L'enjeu scientifique est donc de développer une meilleure compréhension des mécanismes de réponse des arbres aux contraintes, principalement abiotiques, en milieu urbain, et de déterminer comment le paysage urbain module le fonctionnement des arbres et la réalisation des services qu'ils pourvoient. Le caractère multi-échelle de l'étude représente également un enjeu méthodologique pour établir des liens entre toutes les échelles de réponses des arbres, et notamment entre les échelles moléculaires/métaboliques/biochimiques et l'échelle des données de télédétection (imagerie drone, aéroportée, satellitaire) qui permettrait un suivi opérationnel de la végétation arborée en ville. Enfin, les enjeux socio-économiques sont de maintenir le bon développement et la bonne fonctionnalité des arbres dans le contexte actuel, et également d'anticiper leurs réponses à plus long terme dans le contexte du changement climatique et d'identifier les capacités de réponse/adaptation des deux espèces étudiées qui sont largement implantées dans les zones urbaines en Europe. En particulier, l'objectif appliqué de ce projet est d'identifier des marqueurs opérationnels de suivi de l'état physiologique/de stress des arbres en mobilisant des outils de télédétection biologiquement interprétables sur la base de leurs lien corrélatifs avec les réponses morphométriques à moléculaires des arbres aux contraintes. Ces marqueurs, à destination des gestionnaires et des acteurs du territoire, constitueraient des outils complémentaires d'aide à la décision pour la gestion du patrimoine arboré des métropoles.