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Invasive alien plants are species introduced and naturalized outside of their native distribution range and which have the capacity to maintain and expand their population. Some of these species are considered to be ecosystem transformers by altering their structure, functioning as well as resident animal and plant communities. These induced alterations make some of these species undesirable through their ecological and economical impacts. The work presented in this thesis aimed at a better understanding of the impact of biological invasions by alien plants. The soil fauna, native vegetation and their substrate, as well as ecosystem functioning, were studied at different spatial scales. Two exotic alien species, invasive in Europe, were considered as biological models for this work: the black locust (Robinia pseudoacacia) and the Japanese knotweed (Reynoutria japonica). Firstly, a global meta-analysis demonstrated the positive impact that plant invasions can exert on the abundance of some groups within the soil fauna, notably primary consumers, within different types of habitats (open or closed). Then, a large-scale study on the black locust revealed the differences that can can occur in the response of forest ecosystems to invasions along a latitudinal gradient. Study sites along this gradient, distributed amog four distinct regions in western Europe, exhibit differences in climate and dominant native vegetation which can alter the impact of the black locust. A detailed study on black locust impact in Normandy demonstrated the impact of R. pseudoacacia on native plant and soil fauna communities, as well as some ecosystem functions, in comparison to two native tree species. Finally, a laboraty experiment demonstrated the impact that allelopathic compounds extracted from Japanese knotweed rhizomes can have on some organisms within the soil fauna. This study showed that some invasive alient plants can influence the soil fauna, and soil food webs, through their secondary metabolism. This thesis illustrates that simultaneous study of both aboveground and belowground ecosystem compartments at different spatial scales is of interest in the context of biological invasions., Les espèces exotiques envahissantes végétales sont des plantes introduites et naturalisées hors de leur aire de répartition native et capables de maintenir et d’accroitre leur population. Certaines sont considérées comme transformatrices de par leur effet sur les écosystèmes : leur structure, leur fonctionnement ainsi que leur communauté végétale et animale. Ces transformations peuvent rendre certaines de ces espèces nuisibles de par leurs impacts écologiques et économiques important. Les travaux réalisés dans le cadre de cette thèse et présentés ici ont pour objectif d’approfondir les connaissances sur l’impact des invasions biologiques. La faune du sol, la végétation native et leur substrat ainsi que son fonctionnement ont été étudiés à différentes échelles spatiales. Deux espèces exotiques, envahissantes en Europe, ont été considérées comme modèles pour ces travaux : le robinier faux-acacia (Robinia pseudoacacia) et la renouée du japon (Reynoutria japonica). Premièrement, une méta-analyse globale a permis de démontrer l’effet positif des invasions biologiques végétales sur l’abondance de certains groupes de la faune du sol, notamment les consommateurs primaires, en fonction de la structure de l’habitat (ouvert ou fermé). Ensuite, une étude à large échelle sur le robinier faux-acacia a permis d’illustrer les différences qui peuvent exister dans la réponse des écosystèmes forestiers aux invasions le long d’un gradient latitudinal. Ce gradient, composé de quatre régions distinctes en Europe de l’Ouest présente des différences de climat et de végétation dominante, ces différences modifiant l’impact du robinier faux-acacia. Une étude approfondie sur le robinier faux-acacia en Normandie a permis de mieux comprendre l’effet du robinier faux-acacia sur les communautés animales et végétales ainsi que sur le fonctionnement des écosystèmes par comparaison avec deux essences natives dominantes. Finalement, une manipulation expérimentale en laboratoire a démontré l’impact des composés allélopathiques de la renouée du Japon sur une partie de la faune du sol. Cette étude a montré que certaines espèces exotiques envahissantes sont susceptibles d’influencer la faune, et les réseaux trophiques, du sol par leur métabolisme secondaire. Ces travaux illustrent l’intérêt, dans le contexte des invasions biologiques végétales, de l’étude simultanée des compartiments aériens et souterrains à différentes échelles spatiales.

Will the models soon help managers optimize their field intervention strategies to curb the Asian knotweed invasion? This is the challenge that Irstea researchers are taking up by proposing a new modelling tool that will eventually make it possible to describe the growth dynamics of a knotweed massif subjected to different mowing frequencies.; Les modèles permettront-ils prochainement d'aider les gestionnaires à optimiser leurs stratégies d'intervention sur le terrain pour freiner l'invasion par les renouées asiatiques ? C'est le pari que font les chercheurs d'Irstea en proposant un nouvel outil de modélisation qui permettra à terme de décrire la dynamique de croissance d'un massif de renouées soumis à différentes fréquences de fauche.

[Departement_IRSTEA]Territoires; International audience; Asian knotweeds are part of our landscapes. Introduced in France at the end of the XIXth century, they are now considered among the most threatening species for biodiversity worldwide. This article mobilizes ecologists, geographers, historians and managers in the aim to introduce what we know about these alien invasive species for this special issue. Their ecology is described as well as the history of their invasion, from the first introduction to the change in perception that came with their expansion out of gardens. This article also deals with their numerous impacts and their legal regulation in the French context. Management practices are also described and questioned in the light of a change in paradigm that could help to better take a fresh look at their management.; Les renouées asiatiques font partie de nos paysages. Introduites en France à la fin du dix-neuvième siècle, elles sont classées au niveau mondial parmi les espèces exotiques envahissantes les plus menaçantes pour la biodiversité. Cet article, mobilisant écologues, géographes, historiens et gestionnaires, vise à introduire les éléments de connaissance sur ces espèces, sujet de ce numéro spécial et objet de nombreuses recherches et essais de gestion en France, en Europe et dans le monde. Leur écologie est décrite et l'historique de leur introduction abordée, depuis la première importation jusqu'au changement de perception qui a accompagné leur développement incontrôlé en dehors des jardins. Cet article aborde leurs nombreux impacts et fait aussi le point sur la réglementation les concernant au niveau français. Les différentes pratiques de gestion sont également présentées, puis questionnées en conclusion, à la lumière d'un changement de paradigme qui peut apparaître nécessaire à la meilleure gestion de ce « problème ».

Foreword; Avant-propos

One of the most recent research areas in the field of management of invasive species deals with the capacity of plants to produce some growth or development inhibiting compounds. This article describes the different issues, French research projects and methodological challenges raised by this approach.; Une des pistes de recherche les plus récentes concernant la gestion des espèces végétales invasives porte sur les capacités des plantes à produire des composés chimiques inhibant la croissance ou le développement d'autres végétaux. Cet article décrit les enjeux, quelques recherches menées en France et les défis posés par cette démarche.

Plant control with covering can be an effective method to limit the expansion of invasive species (e.g. Knotweed). Numerous experiments have been led last years and new geotextile fabrics appeared in trade. In the case of Asian knotweed, this covering technics must stop the development of the plant. The paper gives the main conditions of use and recommendations especially on covering materials, ground preparation methods and installation monitoring. We also consider the interest of these techniques regarding its cost and efficacy.; Le bâchage peut permettre de contrôler l'expansion des espèces invasives, en particulier des renouées asiatiques, en témoignent de nombreux retours d'expériences et la mise sur le marché de nouvelles bâches dédiées à cet objectif. Mais l'efficacité de cette technique tient beaucoup à des modalités d'utilisation particulières qui doivent tenir compte des capacités de développement notamment souterrain des renouées. L'article donne les principales préconisations à suivre, aussi bien sur le choix du matériau et la préparation du sol, que les modalités d'installation et le suivi. Il donne également des éléments sur le cadre et le contexte d'utilisation de cette technique, au regard de son cout et de son efficacité.

Asian knotweeds are invasive alien species that, due to their colonization capacity, rapid growth and dense foliage, have a significant impact on transport infrastructure. In addition to ecological and landscape issues, they involve safety requirements and require more extensive and complex management of the rights-of-way concerned. The spatial dynamics of knotweeds during the colonization of an area is still poorly understood. Many biotic and abiotic factors interfere with this dynamic. The management and maintenance methods of green dependencies also seem to play a role, either negatively by contributing to the dispersion of knotweeds, or positively by limiting their spatial development. Each type of infrastructure (road, rail or waterborne) has its own specificities and management constraints that influence the development of knotweeds.; Les renouées asiatiques sont des espèces exotiques envahissantes qui, du fait de leur capacité de colonisation, de leur croissance rapide et de la densité de leur feuillage, ont un impact marqué sur les infrastructures de transport. Au-delà des enjeux écologiques et paysagers, elles engagent notamment des impératifs de sécurité et nécessitent une gestion plus importante et plus complexe des emprises concernées. La dynamique spatiale des renouées lors de la colonisation d'un secteur est encore mal connue. De nombreux facteurs biotiques et abiotiques interfèrent dans cette dynamique. Les modes de gestion et d'entretien des dépendances vertes semblent également jouer un rôle, soit négatif en participant à la dispersion des renouées, soit positif en limitant leur développement spatial. Chaque type d'infrastructure (routière, ferroviaires ou navigables) possède ses propres spécificités et contraintes de gestion qui influent sur le développement des renouées.

Based on the competitive effects of native plants, bioengineering technics aim both at controlling the development of Asian knotweeds and at restoring a diverse plant community in invaded areas. These methods are appealing to more and more managers. This article deals with such methods mobilizing herbaceous or ligneous species, associated sometimes with pre-treatments but always with accompanying measures. After a synthesis on the ecological mechanisms involved, some technics specifically used to manage Asian knotweeds are described with a focus on riparian habitats. Finally the conclusion raises the question of the importance to share experiences in order to progress in the implementation of bioengineering methods to control knotweeds.; Basées sur l'utilisation des effets compétitifs des végétaux indigènes, les techniques de génie écologique visent à la fois le contrôle du développement des renouées asiatiques et la restauration d'une communauté végétale diversifiée dans les zones envahies. Ces méthodes alternatives intéressent de plus en plus de gestionnaires. Cet article s'intéresse ici à ces techniques, mobilisant des ligneux comme des herbacées, parfois associées à des prétraitements, mais obligatoirement à des mesures d'accompagnement. Après une synthèse des mécanismes écologiques sur lesquels elles reposent, une description de différentes méthodes est proposée, appliquées au cas des renouées asiatiques avec un focus particulier sur les milieux rivulaires. Enfin, la conclusion insiste sur la nécessité de partager et mutualiser les expériences afin de mieux comprendre les déterminants des succès et des échecs et avancer faire une meilleure mise en oeuvre de ces méthodes prometteuses.

Plant control with covering can be an effective method to limit the expansion of invasive species (e.g. Knotweed). Numerous experiments have been led last years and new geotextile fabrics appeared in trade. In the case of Asian knotweed, this covering technics must stop the development of the plant. The paper gives the main conditions of use and recommendations especially on covering materials, ground preparation methods and installation monitoring. We also consider the interest of these techniques regarding its cost and efficacy.; Le bâchage peut permettre de contrôler l'expansion des espèces invasives, en particulier des renouées asiatiques, en témoignent de nombreux retours d'expériences et la mise sur le marché de nouvelles bâches dédiées à cet objectif. Mais l'efficacité de cette technique tient beaucoup à des modalités d'utilisation particulières qui doivent tenir compte des capacités de développement notamment souterrain des renouées. L'article donne les principales préconisations à suivre, aussi bien sur le choix du matériau et la préparation du sol, que les modalités d'installation et le suivi. Il donne également des éléments sur le cadre et le contexte d'utilisation de cette technique, au regard de son cout et de son efficacité.

Will the models soon help managers optimize their field intervention strategies to curb the Asian knotweed invasion? This is the challenge that Irstea researchers are taking up by proposing a new modelling tool that will eventually make it possible to describe the growth dynamics of a knotweed massif subjected to different mowing frequencies.; Les modèles permettront-ils prochainement d'aider les gestionnaires à optimiser leurs stratégies d'intervention sur le terrain pour freiner l'invasion par les renouées asiatiques ? C'est le pari que font les chercheurs d'Irstea en proposant un nouvel outil de modélisation qui permettra à terme de décrire la dynamique de croissance d'un massif de renouées soumis à différentes fréquences de fauche.

/ Identifier les facteurs qui influencent le succès des plantes exotiques envahissantes est un enjeu majeur pour leur contrôle. Les méthodes classiques de gestion des plantes exotiques envahissantes montrent leurs limites et l'utilisation des propriétés compétitives des communautés végétales suscite de plus en plus d'intérêt. Toutefois si la résistance biotique des communautés envahies, et en particulier la compétition interspécifique fait partie des mécanismes impliqués dans la régulation des espèces exotiques envahissantes, son importance relative est mal connue. Dans cette étude, nous avons cherché à identifier les facteurs, biotiques et abiotiques, qui influencent la performance végétative de renouées envahissantes établies (Fallopia sp.). Les renouées asiatiques se développent préférentiellement dans les habitats ouverts perturbés, ce qui suggère un rôle prépondérant de la compétition pour la lumière. Nous avons testé cette hypothèse par des observations sur des taches de renouées établies dans les Alpes. Nous avons d'abord mesuré leur performance (production végétative) dans des conditions abiotiques variées. Puis, à partir de traits biologiques liés à la compétition pour la lumière, nous avons caractérisé la structure fonctionnelle des communautés végétales voisines au travers de deux indices complémentaires : la moyenne pondérée de la communauté (community weighted mean) et l'indice de Rao. Les résultats montrent que les renouées envahissantes sont moins vigoureuses en condition de faible lumière tandis que les autres facteurs abiotiques n'influencent pas leur performance. La disponibilité en lumière dépend fortement de la structure fonctionnelle des communautés végétales voisines en termes de hauteur et en particulier de la moyenne pondérée des hauteurs de la communauté. Cette étude confirme l'importance de la compétition pour la lumière sur le développement végétatif des renouées et offre des perspectives en termes de restauration des communautés envahies.