L'Inra dans la Région Grand-Est : quelques fait marquants de ces dernières années
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L’Inra dans la Région Grand-Est : quelques fait marquants de ces dernières années
En partenariat avec les établissement d’enseignement supérieur et de recherches
Contacts
Centre Grand Est-Nancy (Nancy, Mirecourt, Reims) Centre Grand Est-Colmar
Rue d’Amance, 28 rue de Herrlisheim
54280 Champenoux 68000 Colmar
03 83 39 40 41 03 89 22 49 00
Monsieur Erwin DREYER président de Centre et Représentant de Madame Frédérique Pelsy, présidente de Centre
l’Inra dans le Grand Est
Inra 2017 Édito Erwin Dreyer et Frédérique Pelsy, Présidents des Centres Inra Grand Est de Nancy et de Colmar L’Institut National de la Recherche Agronomique, Etablissement Public à Caractère Scientifique et Technologique (EPST), est un orga- nisme de recherche finalisée constitué de 17 Centres de Recherche implantés dans les régions françaises et dédié à un large spectre de recherches sur l’Agriculture durable, l’Alimentation et l’Environnement. Les priorités de l’Inra sont décrites dans un document d’orientation accessible en ligne (http://2025.inra.fr/). Ces priorités sont déclinées en priorités scientifiques par les Départements de Recherche et en identifiants par les Centres. Dans la Région Grand Est, l’Inra mobilise environ 320 permanents et 120 contractuels (dont des doctorants et des jeunes chercheurs sur contrat). Il est organisé en deux Centres de Recherche (Grand Est-Nancy et Grand Est-Colmar), implanté sur les sites de Champe- noux, Nancy, Mirecourt, Colmar et Reims. Les thématiques de recherches prioritaires sont : (i) Forêt, Bois et Territoires; (ii) Viticulture durable; (iii) la Transition Agroécologique; (iv) les Biotechnologies Vertes et (v) l’Alimentation. Ce recueil illustre chacune de ces thématiques par des exemples de productions et de diffusion de connaissances. Pour traiter les questions de recherche complexes et proposer des innovations de rupture, les Centres du Grand Est ont développé un partenariat solide avec différents acteurs de l’enseignement supérieur et de la recherche, avec lesquels elle partage la tutelle de plusieurs unités de recherche (la plupart de nos unités de recherche sont mixtes avec un ou plusieurs partenaires), des infrastructures de recherche et des projets structurants, en particulier dans le cadre des Programmes d’Investissements d’Avenir (PIA). Nos parte- naires sont l’Université de Lorraine (UL), très active dans le domaine de l’Agronomie, de l’Agroalimentaire et des Forêts, AgroParisTech (avec son centre de Nancy), l’Université de Strasbourg (Unistra), l’Université de Reims-Champagne-Ardennes (URCA) et l’Institut pour l’Information Géographique et Forestière (IGN). Grâce à ce partenariat, l’Inra contribue au rayonnement de la recherche, de l’enseignement et de l’innovation dans les secteurs agroalimentaires et forestiers de la Région Grand Est. Les centres ont également développé un partenariat de plus en plus structuré avec les acteurs des filières agricoles, viticoles et forestières comme les Chambres d’Agriculture, les comités interprofessionnels, l’Office National des Forêts, les Interprofessions de la Forêt et du Bois, les pôles de compétitivité, et avec des entreprises issues de nos recherches comme Plant Advanced Technologies. Parmi les projets structurants issus des PIA citons le Laboratoire d’Excellence ARBRE (UL-Inra-AgroParisTech-ONF-IGN-CNPF-CRITT- Bois), et notre participation active à l’Initiative (I-SITE) «Lorraine Université d’Excellence». Nous apportons également compétences et moyens pour la construction d’infrastructures de recherche nationales (comme ICOS pour le monitoring des gaz à effet de serre, ANAE-Europe pour le monitoring et l’expérimentation sur les écosystèmes forestiers, le réseau des sites d’observation en forêt, SOERE PRO pour la valorisation des produits résiduaires organiques) ou plus régionales à travers nos plateformes analytiques, notre partici- pation au GIG «Friches Industrielles» ou l’animation du Réseau Vigne et Vins Septentrionaux. Le Grand Est interagit fortement avec des régions européennes voisines; dans ce cadre, les Centres ont établi des relations privilégiées avec des partenaires européens, que ce soit dans le réseau NFZ.forestnet (https://www.nfz-forestnet.eu/) ou dans des coopérations étroites avec des laboratoires des régions transfrontalières. L’Inra a également une mission de formation à et par la recherche. Le personnel des Centres Grand Est participent activement à l’encadrement de thèses délivrées par nos partenaires universitaires, à la formation d’étudiants en master ou en école d’ingénieur, ainsi qu’à l’accueil de jeunes lycéens et collégiens. De plus, les Centres organisent régulièrement des actions de diffusion de la culture scientifique, en particulier avec le CPIE de Nancy-Champenoux et la Vigie de l’Eau à Vittel. Nous souhaitons, grâce à ce document très synthétique, illustrer les activités de nos Centres et de son réseau de partenaires dans le Grand Est. Ce document est un instantané de nos activités en 2016, il évoluera en même temps que nos structures et nos recherches. Pour une information régulièrement actualisée, nous vous invitons à consulter nos sites internet. A travers les quelques exemples cités dans ce document, nous espérons vous convaincre que les Centres Inra de la Région Grand-Est sont engagés dans des recherches innovantes, répondant à des défis importants du monde contemporain, menées en partenariat étroit avec les autres établissements d’enseignement supérieur et de recherche de la Région.
Sommaire
Forêt, Bois, Territoires
Reconstituer l’évolution des champignons forestiers 6 Relation entre disponibilité en éléments nutritifs et diversité 17
taxonomique et fonctionnelle des communautés bactérienne
Emergence d’une nouvelle maladie de l’aulne par hybridation 7
interspécifique spontanée des pathogènes Stockage de carbone dans les sols, 4/1000 naissance du collectif 18
CarboSMS !
Evaluer le potentiel truffier d’une plantation pour la trufficulture 7
Poussières atmosphériques : une entrée méconnue 18
Régulation de la photosynthèse par les enzymes du cycle de Cal- 8
vin-Benson : nouvelles découvertes Transfert/Translocation du calcium et du magnésium dans les 19
écosystèmes forestiers, et rôle du prélèvement profond dans la
Exploration de la diversité génomique et fonctionnelle des bacté- 9 nutrition des arbres
ries du sol du genre Streptomyces
5ème atelier ReGeFor : Les innovations dans les usages du bois 20
Nouvelles relations dose d’ozone - perte de biomasse pour les 10 interpellent la gestion forestière
arbres
Création du Laboratoire International Associé ECOLAND entre 21
Forêts mélangées et sécheresse 11 Inra, Université de Lorraine et Université Sun Yat sen de Canton
(Chine) - «Ecosystem Services provided by Contaminated Land»
Service climatique et bilan hydrique en forêt 11 (EcoLand)
Les arbres filtrent les signaux mécaniques imposés par le vent 12 SOILINSIGHT®, visualisation en dynamique du biofonctionnement 22
pour s’acclimater aux vents forts des sols à l’Exposition Universelle de Milan 2015
Les arbres grossissent et prennent du poids, mais pas en même 13 Cinquante ans de recherches sur la forêt et les milieux aquatiques 23
temps à l’lnra
Adaptation des itinéraires sylvicoles aux changements clima- 14 50 ans de la revue scientifique internationale Annals of Forest 23
tiques : cas du chêne sessile et du Douglas Science
Colloque anniversaire des 20 ans du Groupement d’Intérêt 14 Laboratoire sans murs INUPRAG 24
Scientifique (GIS) : Coopérative de données sur la croissance des
peuplements forestiers (GIS Coop) Un nouvel équipement pour soutenir le développement de 24
l’aquaculture continentale européenne
Pilote de gazéification 15
La fourniture des services écosystémiques en forêt 16
2
Sommaire
Transition agroécologique Alimentation
Représenter les dynamiques territoriales des successions cultu- 26 Streptococcus salivarius : un réservoir de gènes de résistance aux 39
rales du territoire français ? Quand le data mining fouille les don- antibiotiques
nées de la statistique publique
La membrane plasmique en première ligne face au vieillissement 40
10 ans d’expérimentation de systèmes agricoles autonomes à 27 et aux facteurs environnementaux
Mirecourt
Mise au point d’un modèle d’évaluation de la biodisponibilité re- 40
Biotechnologies vertes lative des contaminants dans le cadre du réseau européen BARGE
Un doublé pour la société PAT, start-up du LAE : « primée par l’INPI 29 Appui à la formation
pour son innovation verte » et « partenaire de BASF »
Séminaire international de jeunes chercheurs Agreenium - IAVFF 42
Interactions lignines-enzymes : nouvelle méthode de mesure 30 2015 « Les forêts dans les territoires : enjeux et risques »
Défibrage des fibres naturelles : modélisation prédictive des 30 Le Master FAGE « Forests and their environnement», démarrage 43
mécanismes de rupture d’une formation internationale avec l’Université de Lorraine et
AgroParisTech
Vignes et Vins
SURVIVORS : un projet de recherches participatives avec des col- 43
Les clones de vigne évoluent : l’histoire du Pinot noir qui devient 32 légiens
Pinot gris puis Pinot blanc
Une exposition mobile sur « la forêt en mouvement » 44
Résistance de la vigne aux maladies : développement d’une pla- 32
teforme de phénotypage Grands projets fédérateurs
Au cœur d’un programme d’innovation variétale : des variétés de 33 LabEx ARBRE 46
vignes résistantes aux maladies pour une viticulture durable et de
qualité Participation à l’I-SITE « Lorraine Université d’Excellence » 47
Conception et évaluation de systèmes viticole innovants ‘bas intrants’ 34 Lancement de 4 projets « Pour et Sur le Développement Régional » 47
(PSDR4) en co-construction avec la Région Grand Est
La présence de deux nouveaux virus de vigne identifiée en France 34
La cochenille Phenacoccus aceris est vectrice de plusieurs virus 35
de la vigne et dissémine efficacement l’enroulement viral au
vignoble
Le court-noué ; alternatives à la lutte chimique : vers la gestion 36
intégrée de la santé de la vigne vis-à-vis du court-noué
La super-DXS de vigne : une nouvelle stratégie pour l’amélioration 36
de la production de terpènes par voie biotechnologique
L’origine inattendue du parfum des roses 37
3
Inra 2017
Les unités Inra
L’Inra dans la région Grand Est : Centre Grand Est - Nancy
• Des implantations sur tout le territoire de la région ; ASTER (Inra), Mirecourt
• 12 Unités de recherche Agrosystèmes, territoires, ressources
- 9 Unités Mixtes de Recherche avec Université de Lorraine, Université de Strasbourg, AgroParisTech, et BEF (Inra), Champenoux
Université de Reims-Champagne Ardenne ; Biogéochimie des écosystèmes forestiers
- 2 Unités propres de recherches ; EEF (Inra, Université de Lorraine),
- 2 Unités sous contrat dans l’Université de Lorraine ; Champenoux et Vandoeuvre
- 1 unité expérimentale à Colmar . Écologie et écophysiologie forestières
• 329 agents fonctionnaires et environ 100 contractuels. LEF (Inra, AgroParisTech), Nancy
• Des infrastructures de Recherches partagées : plusieurs plateformes d’analyse à Reims, Champenoux, Van- Laboratoire d’économie forestière
doeuvre et Colmar ; un réseau de sites expérimentaux en forêt dans le cadre du S-OERE « FORET » ; 1 Unité
LERFoB (Inra, AgroParisTech),
Expérimentale à Colmar ; un démonstrateur d’agriculture autonome en polyculture-élevage à Mirecourt ;
Champenoux et Nancy
• Des ressources adaptées pour l’expérimentation : 1438 m2 de serres sur Champenoux, 12 ha de surface viti- Laboratoire d’étude des ressources forêt-bois
cole sur Colmar, Wintzenheim, Bergheim-Ribeauvillé, 50 ha de grandes cultures à Colmar , 2500 m2 de serres
LERMaB (Université de Lorraine,
sur Colmar, 50 ha de prairies et cultures (ou surfaces agricoles), 250 ha d’exploitation agricole à Mirecourt
USC Inra)
avec 3400 m2 de bâtiments d’élevage sur Mirecourt pouvant accueillir jusqu’à 260 bovins. Laboratoire d’études et de recherche sur le
matériau bois
LAE (Université de Lorraine, Inra)
Vandoeuvre
Laboratoire Agronomie et environnement
IAM (Inra, Université de Lorraine),
Champenoux et Vandoeuvre
Reims
Interactions arbres-microorganismes
DynAMic (Université de Lorraine,
Nancy
Champenoux
Inra), Vandoeuvre
Dynamique des génomes et adaptation
Vandœuvre
microbienne
LSE (Université de Lorraine, Inra),
Vandoeuvre
Mirecourt Laboratoire Sols et environnement
URAFPA (Université de Lorraine, USC
Colmar
Inra), Vandoeuvre
Unité de recherche Animal et fonctionnalités
des produits animaux
FARE (Inra, URCA), Reims
Fractionnement des agroressources et
Chiffres clés environnement
12 unités : Centre Grand Est - Colmar
• 9 unités mixtes de recherche,
• 2 unités propres de recherche, LAE
Agronomie et environnement
• 2 unités sous contrat avec l’Université de Lorraine, SVQV
• 1 unité expérimentale, Santé de la vigne et qualité du vin
• 329 agents Inra et une centaine de contractuels, SEAV
• 10,5 millions d’euros de budget hors masse salariale. Service d’expérimentation agronomique
et viticole
4
Forêts, bois, territoires
Inra 2017
Reconstituer l’évolution
des champignons forestiers
UMR IAM Une douzaine de nouveaux génomes de champignons forestiers ont été séquen-
Interractions Arbres- cés par un consortium international de chercheurs auquel participait l’UMR IAM.
Ces travaux ont permis de reconstruire l’histoire évolutive des champignons my-
Microorganismes corhiziens et xylophages depuis leur origine et d’identifier les mécanismes mo-
Inra-UL léculaires clés de la symbiose. Cette analyse phylogénomique met en évidence
une forte corrélation entre le répertoire de gènes impliqués dans la décomposi-
tion de la lignocellulose et les traits de vie (pourriture blanche, pourriture brune
Description ou symbiote). Au cours de l’évolution, les champignons se sont spécialisés afin
d’utiliser toutes les sources de carbone disponibles dans leur environnement.
L’unité mixte de recherches Leur abondance et leur diversité sont particulièrement grandes dans les éco-
« Interactions Arbres/ systèmes forestiers où ils vivent dans le sol, sur l’humus et dans pratiquement
Micro-organismes» (IAM) est tous les organes des arbres. On distingue trois grands groupes fonctionnels de
installée sur deux sites : le site champignons correspondant à différentes stratégies d’acquisition du carbone :
Inra de Champenoux et celui les décomposeurs, les parasites et les symbiotes. L’objectif de ces études de gé-
de l’Université de Lorraine nomique comparative était d’identifier les processus évolutifs qui ont conduit à
à Vandœuvre-les-Nancy. l’apparition des champignons ectomycorhiziens dans toutes les forêts du globe
IAM rassemble 45 agents il y a plus de 200 millions d’années. Elles permettent aussi une meilleure com-
permanents, 25 doctorants et préhension du rôle écologique des champignons forestiers.
post-doctorants et des agents
contractuels. http://presse.inra.fr/Communiques-de-presse/Aux-racines-des-symbioses-mycorhiziennes;
L’Unité Mixte de Recherche http://presse.inra.fr/Communiques-de-presse/Un-champignon-symbiotique-facilite-l-adaptation-des-
IAM étudie la biologie et l’éco- arbres-a-la-secheresse
logie des interactions entre http://www.nature.com/nrmicro/journal/v14/n12/abs/nrmicro.2016.149.html
micro-organismes et arbres http://www.nature.com/ng/journal/v47/n4/full/ng.3223.html
forestiers. Elle s’intéresse
particulièrement aux interac- IAM • LabEx ARBRE
tions avec les champignons
symbiotiques racinaires, avec
les pathogènes eet avec les
bactéries de la rhizosphère.
Elle travaille également sur la
régulation du métabolisme
photosynthétique des arbres.
La compréhension de ces
interactions est essentielle
pour évaluer la durabilité des
écosystèmes forestiers et de
leur gestion.
Contacts
Eric Gelhaye, directeur
eric.gelhaye@univ-lorraine.fr
6
Emergence d’une nouvelle maladie de l’aulne par
hybridation interspécifique spontanée des pathogènes
Les maladies émergentes des arbres constituent l’une des principales menaces pour les écosystèmes fores-
tiers, en raison des pertes économiques et des pertes de biodiversité qu’elles peuvent entraîner. L’émer-
gence de nouvelles maladies peut avoir différentes causes : introduction par l’homme d’un agent patho-
gène dans une nouvelle zone géographique, expansion de l’aire de répartition de l’agent pathogène due
au changement climatique, modification de la population hôte, évolution génétique de la population pa-
thogène. Le dépérissement de l’aulne constitue un exemple particulièrement original d’émergence d’une
maladie liée à l’évolution d’un agent pathogène par hybridation interspécifique. Cette maladie, causée par
l’oomycète Phytophthora ×alni est apparue dans les années 1990 en Europe et provoque des mortalités
importantes dans les ripisylves (forêts riveraines des fleuves et rivières). Une étude de génétique a permis
de reconstruire le scénario d’hybridation qui a généré Phytophthora ×alni. Grâce à des analyses de biologie
moléculaire et de cytométrie en flux, les chercheurs ont montré que l’hybride Phytophthora ×alni (triploïde)
était apparu par hybridation de type homoploïde entre deux espèces proches, Phytophthora uniformis (di-
ploïde) et Phytophthora ×multiformis (tétraploïde). L’hybride contient donc la moitié du génome de chacun
de ses parents. Cette étude contribue à une meilleure compréhension des causes d’émergence des mala-
dies des plantes, et au débat sur les invasions biologiques et sur les mesures visant à les limiter.
http://www.nancy.inra.fr/Toutes-les-actualites/L-ADN-la-cle-pour-retracer-l-histoire-de-l-agent-parasite-de-l-aulne
http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1087184515000365
http://aem.asm.org/content/early/2016/10/03/AEM.02221-16.abstract
IAM • LabEx ARBRE
Evaluer le potentiel truffier d’une
plantation pour la trufficulture
La trufficulture est un domaine d’activité attirant de plus en plus
d’intérêt y compris dans le Grand Est. Dans le cadre de leurs travaux
de recherche sur le génome de la truffe, les chercheurs nancéens,
en collaboration avec le CNR de Perugia, ont caractérisé des mar-
queurs génétiques permettant l’identification des types sexuels
(MAT) de la truffe noire, Tuber melanosporum. Cette invention, pro-
tégée dès 2010, par le dépôt d’un brevet, fait l’objet en 2015 d’une
licence d’exploitation signée avec la société ALCINA.
ALCINA, qui met au point et commercialise des outils de détection
et d’identification des champignons au service des secteurs d’acti-
vité en lien avec les arbres, les racines et le bois, peut donc propo-
ser aux trufficulteurs et à leurs syndicats une gamme d’analyses,
sur sols ou sur plants, permettant d’analyser le potentiel truffier
d’une plantation existante ou en devenir.
IAM • LabEx ARBRE
7
Régulation de la photosynthèse par les enzymes du
cycle de Calvin-Benson : nouvelles découvertes
L’activité de quelques enzymes du cycle de Calvin-Benson est contrôlée étroitement par la lumière via des
mécanismes redox et le système ferrédoxine-thiorédoxine. De ce fait ce système de régulation contrôle
la vitesse de la photosynthèse et le rendement des plantes. Deux réactions concernent des déphospho-
rylations de sucres contenant deux groupements phosphate le fructose bisphosphate (FBP, 6 carbones)
et le sédoheptulose bisphosphate (SBP, 7 carbones). On a longtemps hésité pour savoir si une seule pro-
téine catalysait la transformation de ces deux produits très proches ou si deux enzymes différentes sont
nécessaires. Nous avons caractérisé structuralement et fonctionnellement une FBPase et une SBPase de la
mousse Physcomitrella patens. Nos travaux indiquent que les deux enzymes possèdent une architecture
très conservée au niveau de leur monomère mais s’organisent en différentes structures quaternaires. Les
gènes qui les programment sont apparemment issus d’organismes différentes, les α protéobactéries et les
archées. Le site de liaison du substrat est plus profond chez la SBPase et cette enzyme peut hydrolyser les
deux substrats alors que la FBPase est strictement spécifique du FBP. L’une des découvertes les plus intéres-
santes est que les sites de régulation sont situés dans des positions très différentes dans les deux enzymes,
très accessibles chez la FBPase, plus cachés pour la SBPase. De ce fait la SBPase est réduite et activée plus
lentement que sa cousine FBPase. Cette découverte conforte des observations antérieures indiquant que
la SBPase est un bottleneck pour la fixation du CO2 mais pas la FBPase.
http://presse.inra.fr/Communiques-de-presse/origine-photosynthese
http://www.pnas.org/content/113/24/6779.short
IAM • LabEx ARBRE
Structural overview of FBPase (A) and SBPase (B) and monomer superimposition (C). Regulatory cysteines are highlighted.
8Inra 2017
Exploration de la diversité génomique
et fonctionnelle des bactéries du sol
du genre Streptomyces
UMR Dynamic
Dynamique des génomes Le séquençage du génome des souches environnementales et modèles de
et adaptation microbienne Streptomyces (sol forestier, milieu aquatique) a permis d’étudier la dynamique
des génomes chez ces bactéries d’intérêt par des approches de génomique
Inra-UL
comparative. Ces bactéries sont des acteurs clés du recyclage de la matière orga-
nique dans les sols. Elles participent à de multiples interactions (bactéries, cham-
Description pignons, plantes, insectes…) et sont connues au niveau biotechnologique pour
leur capacité à produire des métabolites d’intérêt (activités antibactériennes, an-
L’unité mixte de recherches tifongiques, anticancéreuses…). L’analyse de la diversité génomique de souches
« Dynamique des Génomes d’un même micro-habitat (grain de sol à l’échelle millimétrique) a révélé une di-
et Adaptation Microbienne « versité génétique insoupçonnée issue d’une forte recombinaison (sexualité). La
(DynAMic) est installée sur le diversité génomique est associée pour part à des éléments génétiques mobiles.
site de l’Université de Lorraine Les chercheurs ont montré que les deux mécanismes de réparation des cassures
à Vandœuvre-les-Nancy. double brin, recombinaison homologue et illégitime (NHEJ pour Non-Homolo-
DynAMic rassemble comprend gous End-Joining), sont également impliqués dans les réarrangements du chro-
19 agents permanents, 7 doc- mosome linéaire de ces bactéries. Le rôle de cette diversité au sein d’une popu-
torants et 2 post-doctorants et lation bactérienne fait l’objet d’une approche qui vise à associer la présence/
des agents contractuels. absence de gènes au caractère phénotypique et fonctionnel dans l’écosystème.
L’Unité Mixte de Recherche Cette approche originale a permis d’étudier les mécanismes moléculaires de la
DynAMic étudie les méca- recombinaison et d’explorer et exploiter la diversité du métabolisme de ces bac-
nismes d’évolution rapide des téries. En effet, les gènes spécifiques sont fréquemment impliqués dans l’adap-
génomes bactériens. Le projet tation de la bactérie à son environnement. Des groupes de gènes ou ‘clusters’
de DynAMic vise à étudier ont ainsi été identifiés et sont exploités pour la synthèse de métabolites secon-
les mécanismes et les stimuli daires d’intérêt. Une molécule à activité antiproliférative (stambomycine) est en
et conditions modulant la cours de valorisation au travers d’un projet de maturation (SATTGE). Un système
fréquence des flux de gènes de perception d’un sucre a été détourné pour développer un biosenseur de la
(transfert horizontal, recom- dégradation précoce du bois par les champignons lignolytiques (brevet en cours
binaison) et conséquemment d’extension internationale).
l’impact relatif des transferts
sur l’adaptation à la spécificité http://genomea.asm.org/content/4/3/e00470-16.short
de niche écologique. Notre
unité étudie deux groupes DynaMic (UL-Inra), LabEx ARBRE
bactériens et leur écosystème
respectif : les streptocoques
(notamment S. thermophilus
utilisé en industrie laitière,
S. salivarius commensal et
pathogène opportuniste
humain et S. suis pathogène
zoonotique) et les streptomy-
cetes et l’écosystème sol (dont
l’écosystème forestier).
Contacts
Bertrand Aigle
bertrand.aigle@univ-lorraine.fr
9Inra 2017
Nouvelles relations dose d’ozone -
perte de biomasse pour les arbres
UMR EEF
Ecologie et Ecophysiolo-
gie Forestières
Inra-UL
Description
Des projections utilisant les scénarii de l’IPCC (Intergovernmental Panel For Cli-
L’unité mixte de recherches
mate Change, 2007, 2013) pour le 21ème siècle indiquent que les concentrations en
Écologie et Écophysiologie
ozone vont largement dépasser les seuils critiques acceptés et qu’elles peuvent
Forestières est installée
mener à une diminution significative de la productivité agricole et forestière
sur deux sites : le site Inra
(Ashworth et al. 2015). Ces effets néfastes de l’ozone sur l’environnement et
de Champenoux et celui
l’économie agricole et forestière représentent une préoccupation importante
de l’Université de Lorraine
pour l’Union Européenne (UNECE : United Nations Economic Commission for
à Vandœuvre-les-Nancy.
Europe), qui exige une amélioration des seuils de risque à l’ozone pour la végéta-
EEF comprend 60 agents
tion. Aujourd’hui l’impact de l’ozone est évalué à l’aide de plusieurs indicateurs.
permanents, une quinzaine de
En présence d’ozone, les plantes disposent de deux moyens de résistance : la
doctorants et post-doctorants,
régulation de la conductance stomatique pour limiter l’entrée d’ozone dans les
des agents contractuels.
feuilles et un système de détoxication complexe pour éliminer l’ozone et les ROS
L’unité mène des recherches
formés. L’évaluation des seuils de risque à l’ozone doit prendre en compte les dif-
sur les interactions entre les
férentes barrières et défenses des végétaux, et ne pas seulement tenir compte
facteurs de l’environnement
des concentrations en ozone extérieures (Karlsson et al., 2007).
(sécheresse, température,
Avec une équipe internationale de 16 scientifiques nous avons réalisé une étude
fertilité, pollution atmos-
sur les relations entre flux d’ozone et perte de biomasse. Nous avons obtenu
phérique), la biologie et la
des relations dose phytotoxique (PODy)-réponse avec 9 espèces d’arbres (feuil-
croissance des arbres, le fonc-
lus et conifères) classés selon des types fonctionnels différents. Cette dose a
tionnement des peuplements
été calculée en utilisant un modèle de flux stomatique et toute une gamme de
et écosystèmes, la biodiversité
seuils (y) indicatifs de la variation des capacités de détoxication. L’analyse des
et la répartition des espèces.
régressions linéaires a montré des robustesses différentes si on traitait indivi-
Les recherches visent à définir
duellement les espèces ou si on utilisait des groupes fonctionnels; les espèces
les options d’atténuation et
à feuilles caduques étant plus sensibles que les espèces résineuses. Nous avons
d’adaptation appropriées face
aussi montré que la prise en compte de la sécheresse dans le calcul des flux
aux changements climatiques
stomatiques est un point important pour améliorer les relations obtenues. En
et environnementaux.
parallèle à cette étude européenne, nous avons au niveau national confirmé que
les indices de seuil de risque basés sur les flux stomatiques étaient plus perfor-
mants que ceux basés uniquement sur des concentrations d’ozone en travaillant
sur des relations avec des traits fonctionnels liés à la photosynthèse. Cette étude
valide le concept de flux stomatique pour caractériser les pertes de biomasse
en réponse à une pollution à l’ozone et représente un pas en avant dans la pré-
diction des dommages aux forêts dus à l’ozone dans un climat spatialement et
temporellement variable.
Contacts
http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0269749115003796
Jean-Marc Guehl
jean-marc.guehl@inra.fr EEF, UNECE, LabEx Arbre
10Forêts mélangées et sécheresse
Les forêts mélangées représentent la moi-
tié des forêts françaises. Les conditions ex-
trêmes potentiellement engendrées par les
changements climatiques auront des consé-
quences drastiques sur les fonctions et les
services fournis par les écosystèmes fores-
tiers et risquent à terme de provoquer d’im-
portants épisodes de mortalité des arbres.
Les gestionnaires forestiers attendent de
la recherche des indications sur les pra-
tiques sylvicoles à mettre en place dans ce
contexte. La biodiversité peut contribuer à
augmenter la productivité des écosystèmes forestiers et leur résistance face aux attaques d’insectes ou de
maladies. Cependant, le fait que la biodiversité puisse également contribuer à améliorer la résistance de
ces écosystèmes face aux épisodes de sécheresse n’a jusqu’ici pas été démontré. Afin d’éclaircir cette ques-
tion, une étude a été mise en place en Europe sur 190 parcelles forestières représentatives des grands types
forestiers et réparties le long d’un gradient climatico-latitudinal (Espagne, Italie, Roumanie, Allemagne,
Pologne, Finlande). Pour chaque région, le fonctionnement de forêts pures (monospécifiques) a été com-
paré à celui de forêts diversifiées (jusqu’à 5 espèces d’arbres en mélange) au cours d’un épisode de séche-
resse. Cette étude démontre que les interactions entre espèces d’arbres influencent le fonctionnement des
écosystèmes forestiers quand la disponibilité en eau du sol est limitée. Cependant, les forêts diversifiées
ne sont pas systématiquement plus résistantes à la sécheresse que les forêts pures. Une plus forte diversité
d’espèces d’arbres semble contribuer à une meilleure résistance des forêts à la sécheresse uniquement
dans les régions qui subissent régulièrement des conditions de sécheresse extrême.
Les nouvelles méthodes de gestion devront considérer non seulement le degré de diversité en espèces
dans les écosystèmes forestiers, mais aussi l’identité des espèces qui sont en compétition dans ces écosys-
tèmes et les conditions climatiques et édaphiques locales spécifiques à chaque massif forestier considéré.
http://www.pnas.org/content/111/41/14812.abstract
EEF (Inra-UL), LabEx ARBRE, WSL Birmensdorf, Uni Freiburg, ….
Service climatique et bilan hydrique en forêt
La sécheresse affecte le stockage de carbone, la production, l’état de santé des forêts. Les gestionnaires
sont demandeurs d’outils pour qualifier et quantifier les épisodes de déficit hydrique à la fois passés, pré-
sents et futurs. En partenariat avec le RMT Aforce, le GIP Ecofor et le Labex Arbre, des services climatiques
d’évaluation de la sécheresse en forêt sont proposés sur un site web dédié. L’évaluation utilise un modèle
de bilan hydrique combinant pluviométrie, consommation d’eau et transpiration et débouchant sur une
estimation des réserves en eau des sols. Un troisième service est en cours de développement. Il proposera
à l’utilisateur la consultation d’une base de données de cartes nationales d’indicateurs de sécheresse pré-
calculés.
https://appgeodb.nancy.inra.fr/biljou/
EEF (Inra-UL), LabEx Arbre, RMT Aforce, GIP Ecofor
11Inra 2017
Les arbres filtrent les signaux
mécaniques imposés par le vent
pour s’acclimater aux vents forts
UMR LERFoB
Laboratoire d’étude des Ainsi que cela a été constaté de longue date à travers l’effet des pratiques de
ressources forêt-bois tuteurage ou de haubanage, les sollicitations mécaniques qu’un arbre subit
par l’action du vent ont des effets très sensibles sur sa croissance et son déve-
Inra- AgroParisTech loppement, que l’on interprète comme des acclimatations à l’environnement
mécanique. Des expérimentations menées en milieu contrôlé sur de jeunes
Description peupliers au PIAF (INRA Clermont-Ferrand) ont apporté des enseignements
formalisés à travers un modèle dénommé S3m, qui relie la croissance à la per-
Le LERFoB compte une ception de la déformation mécanique des tissus. La question de l’importance
cinquantaine de perma- de ce mécanisme dans un contexte forestier a été posée. Une expérimentation
nents auxquels s’ajoute une originale impliquant 30 hêtres a été mise en œuvre en Forêt Domaniale de Haye,
quinzaine de contractuels à proximité de Nancy, où différents traitements altérant les déformations natu-
de longue durée (Thèses, relles dues au vent ont été appliqués sur des groupes d’arbres équivalents. Ces
Post-Docs) se répartissant sur traitements consistaient à haubaner des arbres, ou à les laisser libres de leurs
le site INRA de Champenoux mouvements, ou encore à superposer aux déformations naturelles un cycle de
et le site AgroParisTech de flexions artificielles d’intensité variable par groupe, censé refléter des coups de
Nancy. Nos recherches s’axent vents de vitesse différente. Un suivi précis de la croissance de tous ces arbres a
sur l’écologie, la production permis de confirmer et quantifier l’impact des traitements. L’effet maximum est
des peuplements et la qualité atteint lorsque les arbres sont fléchis pour atteindre une déformation de 0.15%
de la ressource en bois qui en et s’exprime par une augmentation de croissance radiale sur l’année de 76%
provient. Dans un contexte pour les arbres dominants et de 156 % pour les arbres dominés alors que tous les
fortement marqué par les autres traitements n’entraînent pas de réaction significative. Cette déformation
changements climatiques et de 0.15% correspond à celle qui serait occasionnée par un vent fort et donc peu
les évolutions de la demande fréquent, révélant une capacité d’acclimatation à des évènements à la limite de
de la filière en cours et à la normalité, permettant d’améliorer la sécurité mécanique.
venir. Notre ambition vise à
répondre pour la ressource http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/nph.13836/abstract
actuelle mais aussi pour la
ressource forestière future, LERFoB (Inra-AgroParisTech), LabEx ARBRE.
aux enjeux sociétaux et
environnementaux qui leur
font face comme la transition
énergétique, l’atténuation
du changement climatique,
la résilience, la durabilité
des écosystèmes forestiers
et l‘approvisionnement de la
filière bois.
Contacts
Thiéry Constant
thiery.constant@inra.fr
12Les arbres grossissent et prennent du poids,
mais pas en même temps
Les forêts capturent environ 15% des émissions de CO2 d’origine anthropique par an; elles constituent ainsi
le premier réservoir pour la séquestration du carbone à long terme. L’augmentation de la circonférence des
troncs et la production de la biomasse ligneuse (bois) sont deux processus clés dans les écosystèmes fores-
tiers, pilotant respectivement la croissance en volume des arbres et la séquestration carbone dans le bois.
Jusqu’à présent ces deux processus étaient considérés comme totalement synchrones. De fait, les cher-
cheurs ont démontré que la croissance radiale des arbres fait intervenir des mécanismes dissociés dans le
temps. L’arbre grossit d’abord par production et élargissement des cellules du bois. Dans un second temps
ces cellules renforcent leurs parois, augmentant de fait la masse de l’arbre. Ces résultats laissent penser que
les effets du changement climatique pourraient notamment perturber la seconde étape et in fine modifier
la séquestration du carbone dans le bois, un des enjeux du défi climatique: les changements climatiques à
venir pourraient modifier le décalage entre l’augmentation de la circonférence des arbres et la production
de biomasse ligneuse, et affecter ainsi dans le futur la séquestration du carbone dans les écosystèmes
forestiers. Modéliser les évolutions dans le temps des flux de carbone dans les différents compartiments
des forêts (feuilles, troncs, racines, sols et nécromasse, appareil reproducteur des plantes) est une problé-
matique particulièrement importante lorsqu’il s’agit d’évaluer l’impact du changement climatique sur ces
écosystèmes.
http://www.nature.com/articles/nplants2015160
LERFoB (Inra AgroParisTech), LabEx ARBRE
13Adaptation des itinéraires sylvicoles aux changements
climatiques: cas du chêne sessile et du Douglas
Le contexte de changements climatiques et d’intensification de la gestion fores-
tière incite à faire progresser les connaissances sur les effets conjoints du
climat et de la compétition sur la dynamique forestière, en portant une
attention particulière à l’articulation entre ces effets. Cette question a
été traitée par une approche de modélisation et en s’appuyant sur
des réseaux d’expérimentation sylvicole, Les résultats montrent
un effet majeur de la densité du peuplement sur les différents
indicateurs de croissance. La densité du peuplement explique à
elle seule 60% de la variabilité de la production. La sécheresse
estivale a un effet négatif sur la croissance aussi bien à l’échelle
du peuplement qu’à l’échelle de l’arbre. Son amplitude varie
selon la densité des peuplements et la taille de l’arbre . Ainsi, à
l’échelle du peuplement, une augmentation du déficit hydrique
estival de 20 à 60mm/mois entraîne une diminution de la crois-
sance de 15% à l’échelle du peuplement, de 12% à 60% à l’échelle de
l’arbre (les arbres les plus petits au sein du peuplement étant les plus af-
fectés) et modifie la forme des arbres (arbres plus trapus en cas de forte sécheresse
estivale). D’un point de vue démographique, ce résultat implique que la contrainte climatique va accélérer
l’élimination des arbres les plus petits dans le peuplement.
https://academic.oup.com/treephys/article/35/10/1035/2364497/Stand-density-tree-social-status-and-water-stress
LERFoB (Inra AgroParisTech), LabEx ARBRE
Colloque anniversaire des 20 ans du Groupement
d’Intérêt Scientifique (GIS) : Coopérative de données
sur la croissance des peuplements forestiers (GIS Coop)
Le Groupement d’Intérêt Scientifique «Coopérative de données sur la croissance des peuplements fores-
tiers» (GIS Coop) a fêté ses 20 ans. Sous l’égide du Ministère chargé de l’agriculture et de la forêt, sept
organismes mutualisent leurs moyens et leurs compétences pour installer et gérer des dispositifs expé-
rimentaux en forêt, pour recueillir et mettre en commun des données sur la croissance des peuplements
forestiers. Ils contribuent ainsi à l’élaboration de modèles de dynamique forestière intégrés dans la pla-
teforme de simulation CAPSIS. Par ailleurs, ses réseaux servent de références techniques pour les pres-
cripteurs en sylviculture. Un colloque a été organisé pour faire connaître le GIS Coop à un large public
(décideurs politiques, directeurs d’organismes forestiers et chercheurs) et pour identifier les enjeux et pers-
pectives pour le GIS Coop dans le contexte actuel des changements environnementaux et des nouvelles
demandes sociétales. Le colloque s’est déroulé sur 2 journées : les 2 et 3 octobre 2014.
http://docs.gip-ecofor.org/public/PROGRAMME_Gis-Coop_2_et_3_octobre_2014.pdf
LERFoB Inra, AgroParisTech /CPFA/FCBA/IDF/INRA/Irstea/ONF, LabEx ARBRE
14Inra 2017
Pilote de gazéification
EA LERMaB Le 23 Octobre 2015 un
pilote de gazéification de
Laboratoire d’Etude et de biomasse pour la cogéné-
Recherche sur le Matériau ration a été inauguré sur le
Bois campus bois d’Epinal. Ce
UL, USC Inra projet innovant mené en
partenariat avec EDF per-
met l’optimisation de la ges-
Description tion de l’énergie au niveau
des territoires en favorisant
Le LERMAB est un laboratoire
la production simultanée
pluridisciplinaire de l’Uni-
de chaleur et d’électricité
versité de Lorraine rattaché
pour augmenter le rende-
sous contrat avec l’Inra . Il est
ment global (principe de cogénération). Cela favorise l’utilisation d’une éner-
localisé à Vandœuvre (Faculté
gie renouvelable : le bois. Le pilote est conçu pour convertir différents types de
des Sciences et Technologies),
biomasses et déchets en un gaz de synthèse épuré au niveau de qualité requis
à Épinal (École Nationale
pour un usage moteur pour la production d’électricité et de chaleur en cogéné-
Supérieure des Technologies
ration. L’installation permettra notamment de préciser les conditions optimales
et Industries du Bois et
de fonctionnement selon les ressources utilisées, en vue du développement de
IUT), et à Longwy avec une
la production d’électricité décarbonée non intermittente sur les segments des
antenne à l’IUT. Il compte une
moyennes et petites puissances, en cohérence avec les orientations de la loi sur
quarantaine de permanents
la transition énergétique. Dans le contexte actuel de transition énergétique, ce
ainsi qu’une quarantaine de
projet de recherche répond à la fois aux enjeux de développement des énergies
personnels non permanents.
renouvelables en France et en Europe et aux objectifs de développement de la
Au travers de compétences
Région Lorraine. Cette opération a été labellisée « Pacte Lorraine » sur deux axes
dans la biologie, la chimie,
: la vallée européenne des matériaux, des énergies et des procédés et Filières
le génie des procédés, la
d’excellence et d’avenir (filière Forêt-Bois).
physique, la mécanique et
le génie civil, le laboratoire
http://lermab.univ-lorraine.fr/pyrolysegazeification
développe des recherches
en relation avec le bois et les
Lermab (UL, USC Inra), EDF
fibres naturelles. Il joue un
rôle privilégié d’interface entre
la recherche et les industries
de la filière bois développant
des recherches fondamentales
et appliquées avec des centres
de transfert technologique
tels que le Critt Bois ou le
CETELOR.
Contacts
Philippe Gérardin
philippe.gerardin@univ-lorraine.fr
15Inra 2017
La fourniture des services
écosystémiques en forêt
UMR LEF Deux rapports dans la série « What Can Science Tell Us » ont permis, sous la
forme de chapitres très courts, basés sur des cas d’études, de rendre compte
Laboratoire d’Economie des recherches qui ont été menées dans le cadre du projet Newforex (EU FP7)
Forestière durant plus de 4 années sur le concept de services écosystémiques et sur des
Inra- AgroParisTech méthodes de mesure originales des bénéfices et des coûts engendrés par une
meilleure gestion. Alors qu’une politique forestière continue à faire défaut au
niveau de l’Europe, les orientations observées au niveau de l’ensemble des pays
Description montrent la nécessité de mieux gérer les services écosystémiques de la forêt.
Les enjeux reposent essentiellement sur des volontés identifiées de mettre en
Le LEF est localisé à Nancy, sur place des méthodes standard de mesure tout en tenant compte des spécificités
le campus d’AgroParisTech. de la structure tant spatiale qu’économique de la forêt privée. Dans un premier
Il mobilise 16 permanents, 9 volume, des questions communes et relatives à la recherche de mesures et de
doctorants et 3 contractuels. méthodes adéquates et pertinentes mettant en lien les méthodes de gestions
Le LEF est le seul laboratoire et les bénéfices que peut en retirer la société, sont traitées. Le second volume
de recherche en France, en pose les questions d’amélioration de la fourniture de services écosystémiques
économie de l’environnement à travers les aspects de mesure (input/ouput), les coûts et les instruments de
et des ressources naturelles, politique publique.
dédié à l’analyse de la forêt
et du secteur forestier. La http://www.efi.int/portal/virtual_library/publications/what_science_can_tell_us/5/
mission du LEF est de conce-
voir, développer, et transférer LEF (Inra-AgroParisTech) LabEx ARBRE
des méthodes et des outils
d’analyse économique en vue
de comprendre et d’améliorer
la connaissance, la gestion des
services écosystémiques de
la forêt. Le LEF a acquis une
expertise reconnue à l’interna-
tional sur l’évaluation moné-
taire des services écosysté-
miques de la forêt et l’analyse
des politiques publiques de
préservation de ces services,
également par son French
Forest Sector Model (FFSM) et
son observatoire économique
de la forêt (OLEF).
Contacts
Serge Garcia
serge.garcia@inra.fr
16Inra 2017
Relation entre disponibilité en
éléments nutritifs et diversité taxonomique
et fonctionnelle des communautés bactérienne
UR BEF
Biogéochimie des Ecosys- Ces recherches ont été réalisées dans le cadre de différents projets nationaux et
internationaux (INRA, ANR JC, Labex ARBRE, France-Berkeley, projet européen
tèmes Forestiers
ECOFINDER), d’une part sur l’effet des essences d’arbres sur le cortège microbien
Inra du sol, et d’autre part sur l’effet des propriétés édaphiques avec un focus plus
précis sur les effets du type de sol, de l’âge du sol et du type de minéral. Ces
recherches ont été développées en combinant des approches pasteuriennes,
Description métagénomiques et de sciences du sol en lien avec le cycle des cations nutritifs.
La comparaison du cortège microbien (archébactéries, bactéries, champignons
L’Unité Biogéochimie des Eco- totaux et mycorhiziens) présent dans le sol et au voisinage des racines de deux
systèmes Forestiers compte 21 essences plantées sur le même sol (Hêtre et Epicéa, Breuil-Chenue), nous a per-
permanents, une dizaine de mis de mettre en évidence que si les champignons sont fortement déterminés
doctorants/post-doctorants par l’essence d’arbre et peu par le compartiment (sol ou racine), au contraire les
et 5 à 6 non permanents bactéries sont fortement déterminées par le compartiment et peu par l’essence
techniciens. Disciplinairement, (Uroz et al., 2013a, Uroz et al., 2016a). En parallèle, les approches dépendantes de
elle se situe à l’interface entre la mise en culture et/ou de métagénomique réalisées in situ ou en microcosmes
les géosciences et les sciences ont permis de mettre en évidence que le type de sol, le type de minéraux, la
forestières. La mission de disponibilité en cations nutritifs que ce soit naturellement entre horizons de sol,
l’unité vise à étudier les entre types de sol ou après un amendement étaient des paramètres importants
cycles biogéochimiques à l’origine de la structuration taxonomique et fonctionnelle des communautés
des écosystèmes forestiers. bactériennes (Uroz et al., 2011c ; Jeanbille et al., 2016 ; Lepleux et al., 2013 ; Nico-
Une des forces majeures de litch et al., 2016 ; Colin et al., 2016 ). L’ensemble de ces résultats à l’interface en
l’unité est son expertise dans génomique environnement et biogéochimie a notamment conduit à l’émission
l’établissement et la gestion du concept de minéralosphère (Uroz et al., 2015), qui définit les minéraux et
de sites d’observation et roches du sol comme des interfaces réactives non seulement au niveau géochi-
d’expérimentation fortement mique, mais aussi au niveau microbien. Dans ce contexte, les minéraux pour-
instrumentés et maintenus sur raient représenter de véritables habitats microbiens, microorganismes adaptés
le long terme. L’unité dispose à cet environnement et qui participeraient à la libération des nutriments piégés
d’un laboratoire d’analyse des dans ces minéraux.
sols, des solutions et des végé-
taux et est en charge de la https://www.infona.pl/resource/bwmeta1.element.elsevier-bd3faab1-bbd9-35c0-82ef-000d40f7fa38
M-POETE (Plateforme d’Obser-
vation et d’Expérimentation BEF, IaM , LabEx ARBRE
sur les Ecosystèmes Terrestres)
dans le cadre de l’infrastruc-
ture nationale ANAEE-F.
Contacts
Laurent Saint André
laurent.saint-andre@inra.fr
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