Caractérisation multi-échelle des réponses des arbres au contexte urbain : de l’échelle moléculaire à l’échelle satellitaire

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.