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Mountain soils stocks huge quantities of carbon as soil organic matter (SOM) which may be highly vulnerable to climate change and thus alter the atmospheric greenhouse gases concentration at a decadal timescale. To understand the effect of climate conditions on the dynamics of mountain soil organic carbon (SOC), a climate change experiment was set up in October 2009 in Swiss Jura subalpine grassland soils. The climate change experiment (soil transplantation) simulated two realistic climate change scenarios, with increased air temperatures ranging between 2 °C and 4 °C and decreased precipitation ranging between 20% and 40%. These changes reflect current predictions of climate change for the 21th century in temperate mountain regions.We studied the effect of climate conditions (climate manipulation and seasonal changes) after four years of climate experiment on (i) the dynamic of microbial decomposition, microbial abundance and community structure, (ii) the dynamic soil organic matter pools with contrasted turnover rate and representing the energetic resource of microbial communities, (iii) the interactions between microbial communities and soil organic matter pools and (iv) the soil organic carbon stocks.This work shows a strong seasonal dynamics of microbial decomposition with higher enzymatic activities, higher microbial abundance and shift of microbial community structure in winter than in summer. These results were linked to the seasonal organic matter labile pools dynamics. Moreover structural equation modeling shows that climate manipulation differently influences the drivers of SOC enzymatic decomposition in summer and winter.Finally, this work shows a strong decrease of soil organic carbon concentration under the climate change manipulation which cannot be explained by an increase of microbial activities. In contrast, our results suggest that the observed climate-induced decrease in bulk soil organic C content was due a SOC decrease in the most biogeochemically stable SOM fraction associated with a decrease in clay content and a decrease of soil calcareous concentration. Thus, our results hint more so towards an effect of SOM leaching (Gavazov, 2013) to explain the climate effect on SOC content than an effect of microbial and/or plant activities., Les sols de montagne constituent un réservoir majeur de carbone stocké sous forme de matière organique (carbone organique du sol, COS), potentiellement hautement vulnérable aux changements des conditions climatiques. Afin de comprendre les répercussions des changements des conditions climatiques sur la dynamique du COS des sols de montagne, cette thèse s'appuie sur une expérimentation de transplantation altitudinale de monolithes de sol de prairie subalpine calcaire, mise en place dans le Jura Suisse en 2009. Cette expérimentation permet de simuler deux scénarios réalistes de changements climatiques attendus au cours du 21éme siècle, visant à réchauffer et assécher le climat (+2°C et +4°C ; -20% et -40% de précipitations).La démarche conceptuelle de cette thèse a été d'étudier les effets des changements des conditions climatiques (variations saisonnières et manipulation climatique) au bout de quatre années d'expérimentation sur (i) la dynamique des communautés microbiennes et de leur activité enzymatique de décomposition du COS, (ii) la dynamique de différents pools de COS qui constituent la ressource énergétique des micro-organismes décomposeurs, (iii) les interactions s'établissant entre les communautés microbiennes et leurs ressources énergétiques et (iv) les stocks de COS du sol.Nos résultats montrent une très forte dynamique saisonnière du processus de décomposition microbienne se traduisant par de fortes activités enzymatiques de décomposition, une biomasse microbienne plus importante et une structure des communautés microbienne différente lors de la saison hivernale par rapport à la saison estivale. Ces résultats sont en lien avec la dynamique observée des pools les plus labiles du COS (C organique extractible à l'eau et C organique particulaire libre), et des modèles d'équations structurelles montrent que les conditions climatiques (variations saisonnières et manipulation climatique) modifient les interactions s'établissant entre les communautés microbiennes et leurs ressources pour contrôler la décomposition enzymatique du COS.Enfin, ce travail de thèse montre une forte diminution des concentrations en COS sous l'effet de la manipulation climatique, qui ne peut être expliquée par une décomposition microbienne accrue du COS. Au contraire, nos résultats suggèrent que la diminution de la concentration en COS pourrait être due à l'accélération des processus pédologiques naturels sous les scénarios de changement climatique au sein de ces sols calcaires de prairies subalpines, avec une décarbonatation accrue favorisant la lixiviation du carbone organique dissous et le lessivage du pool de COS associé aux argiles. Ces résultats inédits offrent de nouvelles perspectives de recherche sur les effets des changements climatiques sur l'évolution des stocks de COS.

Les changements climatiques actuellement en cours sont particulièrement marqués dans les Alpes et vont probablement induire une réorganisation de la composition des forêts de montagnes, considérées comme particulièrement sensibles. En tant que composante du cycle démographique des arbres, la mortalité constitue un aspect essentiel dans la compréhension de la dynamique forestière et de sa modification sous l'influence des événements climatiques. Or les séries temporelles nécessaires pour détecter une évolution de la structure interannuelle de la mortalité (variabilité, tendance, cycles) sont rares et généralement assez courtes. Notre étude a porté sur trois sites des Alpes (Queige et Lanslebourg en Savoie, Engins dans le Vercors) gérés par l'Office National des Forêts (ONF) pour lesquels trois inventaires forestiers ainsi que des relevés annuels du nombre d'arbre morts étaient disponibles sur une période d'environ 80 ans (1920 2000). Nous proposons dans un premier temps une méthode de reconstitution du volume total de bois pour chaque site à l'aide d'un modèle hiérarchique Bayésien à variables latentes. Cette étape permet de générer des séries temporelles de volume total à la parcelle, puis de taux de mortalité, à partir des données de gestion existantes (sommiers et inventaires ONF). Dans un second temps les taux de mortalité annuels sont présentés sous forme d'une distribution de probabilité mettant en évidence à la fois les événements de dépérissement fréquents mais peu intenses, et ceux liés à des perturbations plus ponctuelles pouvant provoquer la destruction de 30 à 50% du stock d'une parcelle. La part de chacun de ces phénomènes dans la mortalité totale sera quantifiée, et la distribution obtenue pourra être intégrée dans le modèle de simulation forestière SAMSARA. Enfin nous nous intéresserons aux années de forte mortalité en essayant de les mettre en relation avec les épisodes climatiques extrêmes qui ont pu être observés dans la région, en particulier les sécheresses et les tempêtes. Les résultats seront discutés en rapport avec les caractéristiques écologiques et de gestion sylvicole de chacun des sites.

This work was financed by Swiss National Science Foundation grant 31003A_179481 and 31003A_159869 to S.R. Open Access Funding provided by Universite de Neuchatel.