Competitive vegetation of forest regeneration : evaluation of colonized surfaces, modeling of abundance and impact on tree regeneration at the scale of France | La végétation concurrente de la régénération forestière : évaluation des surfaces colonisées, modélisation de l'abondance et de l'impact sur la régénération ligneuse à l'échelle de la France

Inglés. Forest renewal is a key stage in the life of forest stands as it allows the long-term maintenance of the forest and its associated ecosystem services. Among the factors likely to have a negative impact on forest renewal, colonisation by competitive species can slow down tree regeneration, or even block it for several decades.The objective of this thesis is to estimate the impact of competitive vegetation on tree regeneration on a regional to national scale. The thesis is mainly based on the use of French National Forest Inventory (NFI) data.A first step, using the results of a survey of forest managers, was to establish a list of the main competing species for tree regeneration, and to determine the areas where each species is present with a high abundance. Bramble (Rubus fruticosus), Eagle Fern (Pteridium aquilinum) and Purple Moor-grass (Molinia caerulea) are the main competitive species in France, and are each present with a high abundance in more than 300,000 ha of forests with open canopies in France.In order to better understand the ecology of competitive species, the role of canopy openness on the probability of presence and high abundance of competitive species was studied. For a majority of species, canopy cover has a weak effect on the probability of presence of species. Conversely, species abundance was strongly correlated with canopy cover, with high canopy cover being associated with lower abundance for most competitive species.The effect of competitive vegetation on tree regeneration cover was then modelled at the scale of France for the three main species. High abundance of P. aquilinum and M. caerulea is associated with a relative decrease in tree regeneration cover of about 30% and 40% respectively, compared to situations where these species are present at low abundance. Conversely, R. fruticosus has a more ambivalent effect on tree regeneration. Woody regeneration cover increases slightly on average at intermediate R. fruticosus abundances, and decreases significantly at high abundance of this species.Finally, the probability of presence and high abundance of the three main competing species was modelled, in order to identify the conditions of high abundance and to predict the location of the areas potentially impacted by the appearance of these three species when the canopy is opened. The difficulty of accurately modelling the presence and, more importantly, the level of abundance of these species led to models with poor predictive abilities, which did not allow for robust estimates of the conditions at high risk of colonisation by the three species studied.In conclusion, this thesis has shown that tree regeneration problems related to competitive vegetation species are present on significant areas in French forests. P. aquilinum and M. caerulea have a marked negative effect on tree regeneration regardless of their abundance, whereas the effect of R. fruticosus is only negative at high abundances. Finally, this thesis also demonstrated the importance of modelling presence and abundance separately, and identified the main factors that need to be taken into account to better model species abundance.

Francés. Le renouvellement forestier est une étape clef dans la vie des peuplements forestiers car il permet le maintien à long terme de la forêt, et des services écosystémiques qui lui sont associés. Parmi les facteurs susceptibles d’impacter négativement le renouvellement, la colonisation par des espèces végétales concurrentes peut ralentir la régénération ligneuse, voire la bloquer pendant plusieurs décennies.L’objectif de cette thèse est d’estimer l’impact, à une échelle régionale à nationale, de la végétation concurrente sur la régénération ligneuse. La thèse est principalement basée sur l’utilisation des données de l’inventaire forestier national français (IFN).Une première étape, utilisant les résultats d’une enquête auprès de gestionnaires forestiers, a permis de dresser une liste des principales espèces concurrentes pour la régénération ligneuse, et de déterminer les surfaces sur lesquelles chaque espèce est présente avec une forte abondance. La ronce (Rubus fruticosus), la fougère aigle (Pteridium aquilinum) et la molinie bleue (Molinia caerulea) sont les principales espèces concurrentes en France, et sont chacune présentes à forte abondance dans plus de 300 000 ha des forêts à faible couvert de canopée en France.Afin de mieux comprendre l’écologie des espèces concurrentes, le rôle de l’ouverture de la canopée sur la probabilité de présence et de forte abondance des espèces concurrentes a été étudié. Pour une majorité d’espèces, le couvert de la canopée a un effet faible sur la probabilité de présence des espèces. À l’inverse, l’abondance des espèces est fortement corrélée au couvert de la canopée, un couvert important étant pour la majorité des espèces concurrentes associé à une plus faible abondance.L’effet de la végétation concurrente sur le recouvrement de la régénération ligneuse a ensuite été modélisé à l’échelle de la France pour les trois principales espèces. Une forte abondance de P. aquilinum et M. caerulea est associée à une diminution relative du recouvrement de la régénération ligneuse d’environ 30 % et 40 % respectivement, par rapport à des situations où ces espèces sont présentes à faible abondance. À l’inverse, R. fruticosus a un effet plus ambivalent sur la régénération ligneuse. Le recouvrement de régénération ligneuse augmente en moyenne légèrement pour des abondances de R. fruticosus intermédiaires, et diminue sensiblement pour une forte abondance de cette espèce.Enfin, la probabilité de présence et de forte abondance des trois principales espèces concurrentes a été modélisée, afin d’identifier les conditions de fortes abondances et de prédire la localisation des surfaces potentiellement impactées par l’apparition de ces trois espèces lors de l’ouverture de la canopée. La difficulté de modéliser précisément la présence mais surtout le niveau d’abondance de ces espèces a conduit à des modèles de faibles capacités prédictives, ne permettant pas d’obtenir des estimations robustes des conditions à fort risque d’envahissement par les trois espèces étudiées.En conclusion, cette thèse a montré que les problèmes de régénération ligneuse liés à des espèces de végétation concurrente sont présents sur des surfaces notables dans les forêts françaises. P. aquilinum et M. caerulea ont globalement un effet négatif marqué sur la régénération ligneuse quelle que soit leur abondance, tandis que l’effet de R. fruticosus n’est globalement négatif que pour de fortes abondances. Enfin, cette thèse a également démontré l’importance de modéliser séparément la présence et l’abondance, et identifié les principaux facteurs à mieux prendre en compte pour mieux modéliser l’abondance des espèces.