La stabilité structurale du sol peut être utilisée pour estimer l'érodibilité du sol, paramètre clef des modèles d'érosion. Afin d'améliorer les connaissances sur les facteurs et processus contrôlant la stabilité structurale, cette thèse avait pour objectif d'étudier la variabilité de la stabilité structurale à pas de temps court (quelques jours) ainsi que les processus physico-chimiques qui en sont à l'origine. Des études de terrain ont permis de caractériser une dynamique rapide de la stabilité structurale pour un sol donné avec notamment : des différences importantes entre surface et sub-surface ; une forte variabilité selon la localisation du site (mais une faible variabilité pour un même site) ; et une forte variabilité à pas de temps court liée à la teneur en eau du sol. Les variations de stabilité structurale à pas de temps court apparaissent majoritairement contrôlées par des processus physico-chimiques fortement liés aux cycles d'humidité. Une synthèse bibliographique a montré que l'occurrence de certains de ces processus nécessitait d'être vérifiée, notamment pour le réarrangement particulaire. Des expérimentations en laboratoire ont montré que la structure interne des agrégats était affectée pas les cycles d'humidité à l'échelle millimétrique comme micrométrique. Cependant, les réarrangements de particules observés n'ont pas pu être strictement reliés aux variations de stabilité structurale. Les résultats de ces expérimentations confirment le suivi de terrain : la teneur en eau du sol a un rôle majeur dans les variations de stabilité structurale à pas de temps court. Dans la plupart des cas, les différences de stabilité mesurées correspondaient à des érodibilité du sol contrastées. Les modèles d'érosion devraient donc inclure cette variabilité pour améliorer leurs prédictions.

Située sur la Petite Côte du Sénégal, la Somone est une petite rivière côtière qui se jette dans l'océan atlantique par un écosystème laguno-estuarien à régime microtidal. Aujourd'hui, les apports du bassin versant sont inexistants du fait de la combinaison de plusieurs facteurs dont le barrage de Bandia. Les seuls apports en eau douce se font par les précipitations et la nappe. Le système laguno-estuarien de la Somone est caractérisé par un fonctionnement hydrologique inverse où les influences marines prédominent. La mangrove, à dominance de Rhizophora, est l'unité caractéristique de ce système côtier. L'évolution diachronique sur 60 ans montre une modification importante de tous les faciès, internes et externes, de l'écosystème. La mobilité de la flèche sableuse d'embouchure, qui s'est traduite par deux comblements en 1967-1969 puis en 1987, est liée à des variations climatiques et météorologiques. L'évolution régressive des surfaces de mangrove, entre 1954 et 1989, est le résultat de l'effet conjugué de ces périodes de comblements, de la sécheresse et des usages traditionnels de la mangrove. La restauration de la mangrove est essentiellement due aux politiques de reboisement administrées dans les années 2000. L'évolution annuelle et saisonnière montre que le remaniement interne est le processus hydro-sédimentaire dominant. Le taux de sédimentation moyen des vasières est de 2 à 3 mm/an. La dynamique de la flèche sableuse à l'embouchure de la Somone joue un rôle fondamental sur l'évolution et la qualité des faciès internes, notamment la mangrove. L'ouverture permanente de l'embouchure permet un renouvellement biquotidien des eaux dans le système laguno-estuarien, essentiel pour réguler les fortes teneurs en sels. Les faibles teneurs des sédiments en carbone organique total, témoignent de la faible production de la mangrove en matière organique car il s'agit d'une mangrove jeune et de forme rabougrie. Les processus diagénétiques se font en anaérobiose et essentiellement dans les 10 premiers cm du sédiment, sur du dépôt récent. La contribution des mangroves jeunes, comme celles de la Somone, au processus de stockage du carbone organique est faible. L'écosystème laguno-estuarien de la Somone est un système fragile et très réactif dont l'évolution, à l'échelle humaine, est rapide et liée à des effets cumulés de facteurs naturels et anthropiques.

Face au déclin global de la biodiversité, de nombreux suivis de populations animales et végétales sont réalisés sur de grandes zones géographiques et durant une longue période afin de comprendre les facteurs déterminant la distribution, l'abondance et les tendances des populations. Ces suivis à larges échelles permettent de statuer quantitativement sur l'état des populations et de mettre en place des plans de gestion appropriés en accord avec les échelles biologiques. L'analyse statistique de ce type de données n'est cependant pas sans poser un certain nombre de problèmes. Classiquement, on utilise des modèles linéaires généralisés (GLM), formalisant les liens entre des variables supposées influentes (par exemple caractérisant l'environnement) et la variable d'intérêt (souvent la présence / absence de l'espèce ou des comptages). Il se pose alors un problème majeur qui concerne la manière de sélectionner ces variables influentes dans un contexte de données spatialisées. Cette thèse explore différentes solutions et propose une méthode facilement applicable, basée sur une validation croisée tenant compte des dépendances spatiales. La performance de la méthode est évaluée par des simulations et différents cas d'études dont des données de comptages présentant une variabilité plus forte qu'attendue (surdispersion). Un intérêt particulier est aussi porté aux méthodes de modélisation pour les données ayant un nombre de zéros plus important qu'attendu (inflation en zéro). La dernière partie de la thèse utilise ces enseignements méthodologiques pour modéliser la distribution, l'abondance et les tendances des rapaces diurnes en France.

Les maladies tropicales négligées sont un groupe de maladies infectieuses rencontrées surtout dans les zones rurales ou dans les zones urbaines et pauvres des pays à revenu faible et intermédiaire, et qui constituent elles-mêmes des facteurs aggravants de pauvreté. Comparés à des maladies comme le sida, la malaria et la tuberculose, l'étude et l'effort de lutte contre ces maladies infectieuses sont beaucoup moins développés en termes de fonds investis, de programmes de recherche et de politiques de santé publique. Cette thèse vise à apporter une contribution à l'étude des maladies tropicales négligées, par le biais de travaux théoriques situés à l'interface entre la modélisation et l'écologie, l'évolution et le contrôle de ces maladies. Les résultats obtenus et discutés portent plus particulièrement sur la transmission des maladies vectorielles, et sur l'évolution des macro-parasites. Cette thèse permet ainsi d'illustrer l'intérêt des approches de modélisation en recherche fondamentale pour mieux comprendre et lutter contre ce groupe de maladies infectieuses, des maladies qui chaque année affectent encore des centaines de millions de personnes à travers le monde.

La bilharziose est une maladie parasitaire humaine qui se trouve au second rang mondial, après la malaria, en termes de morbidité et de mortalité induites par le parasite. Plus de 200 millions de personnes sont infestées dans 74 pays et plus de 200 000 personnes décèdent par an (Chitsulo et al. 2004; Gryseels et al. 2006). Schistosoma mansoni, ici étudié, est responsable de la bilharziose intestinale. Ce parasite possède un cycle de vie complexe, passant obligatoirement à travers deux hôtes : un hôte intermédiaire mollusque d'eau douce et un hôte définitif humain ou murin. Lors du cycle de développement, les différents stades sont exposés à divers environnements. Par exemple, les stades larvaires peuvent être confrontés à plusieurs hôtes intermédiaires (souche de mollusque) ou définitifs (humain ou murin). Mes travaux de thèse concernent l'influence de l'environnement sur l'épigénome de Schistosoma mansoni. L'information épigénétique est une source supplémentaire pour la création de variants phénotypiques, nous proposons que certains de ces variants puissent être hérités et sélectionnés, et ainsi conférer un avantage au parasite.Pour investir cette hypothèse nous avons décidé de modifier l'environnement du parasite de façon biotique et abiotique, lorsqu'il se développe au sein de l'hôte définitif ou lorsqu'il est au contact de l'hôte intermédiaire. En effet, Schistosoma mansoni est un endoparasite donc chaque hôte, dans lequel il va se maintenir, représente son environnement direct. Pour cela nous avons utilisé une drogue anti-helminthe et un hôte intermédiaire allopatrique. La réponse du parasite aux différents changements d'environnements a été analysée de la population (traits d'histoire de vie) à la molécule (génome, épigénome, transcriptome). Les nouvelles techniques de biologie moléculaire et de séquençage massif nous ont permis de réaliser des études globales. Lors de ces travaux de thèse, les différentes évolutions expérimentales ont mené à deux énigmes : (1) " Adaptation rapide de Schistosoma mansoni à une drogue anti-helminthes " et (2) " Adaptation rapide de Schistosoma mansoni à l'Amérique du Sud ". Les résultats obtenus pour cette dernière ont amené une troisième énigme : (3) "Différenciation sexuelle en l'absence de gène W-spécifique dans un système ZW"!

L'immunité des invertébrés a longtemps été définie comme reposant sur une immunité innée simple basée sur une reconnaissance peu spécifique. Cependant depuis 20 ans les preuves que l'immunité des invertébrés présente de la spécificité se multiplient. De la même façon un phénomène de mémoire immunitaire nommé priming immunitaire a également été décrit chez ces derniers. Dans le cadre de ce travail de thèse j'ai pu étudier sous différents aspect le priming immunitaire chez Biomphalaria glabrata, un mollusque d'eau douce, face à son parasite naturel Schistosoma mansoni. Dans un premier temps nous avons pu démontrer que le priming immunitaire était spécifique du génotype du premier parasite entrant dans le mollusque. De plus, il apparaît que la succession des différents stades de développement du parasite stimule l'immunité séquentiellement afin d'engendrer une protection totale. Enfin nous nous sommes intéressés aux mécanismes sous jacents à ce priming immunitaire en focalisant notre attention sur les facteurs humoraux impliqués dans cette réponse de priming immunitaire. Nous avons observé différentes molécules pouvant être associées à la réponse de priming tant dans la spécificité de reconnaissance que dans la phase effectrice de la réponse immunitaire.

C'est dans le contexte délicat du milieu marin, marqué par l'écroulement des stocks halieutiques et la conservation urgente des espèces de prédateurs marins, que s'inscrit cette étude sur la déprédation (i.e. prélèvement des poissons capturés) par les orques et les cachalots sur la pêche à la palangre dans la ZEE de l'Archipel de Crozet. Le premier objectif a été d'évaluer les conséquences socio-économiques du phénomène. Entre 2003 et 2010 les orques ont interagi avec un total de 43,3% des palangres relevées et les cachalots avec 57,5%, les deux espèces étant présentes simultanément sur 27.8% des palangres (n =5 438). Les orques, seules ou associées aux cachalots ont été estimées prélever 926 ± 76 tonnes de légines sur l'ensemble de la période, représentant un taux de déprédation de 17,7%. Trois facteurs opérationnels ont été identifiés comme faisant varier la déprédation par les orques : i) utilisation de palangres courtes (<5 000 m) en absence d'orques, ii) déplacement du navire sur des distances supérieures à 75 km pour quitter une zone confrontée à la déprédation et changer de zone, iii) utilisation de vitesse de remontée des hameçons à bord supérieures à 50 ham.min-1. Le deuxième objectif de cette étude a été d'évaluer les conséquences démographiques de la déprédation sur la population d'orques de Crozet. Le suivi à long terme des individus a permis de mettre en évidence des réponses différentielles des unités sociales en fonction de leur degré d'interaction avec les pêcheries. En effet, les années 1990 sont d'abord marquées par une sur-mortalité des orques interagissant à des hauts niveaux avec les pêcheries, confirmant l'effet de réponses de type létales de la part des navires braconniers sur les individus. Cette tendance s'inverse à partir de 2003 avec une survie et une reproduction supérieure dans les unités à fort taux d'interaction, suggérant un effet bénéfique de la déprédation. Avec l'augmentation des cas de déprédation dans le monde, la portée de cette étude est globale, d'une part par ses résultats positifs issus d'une collaboration entre pêcheurs, gestionnaires et scientifiques, et d'autre part par la précision des priorités de conservation impliquées.

Le tritium est l'isotope radioactif de l'hydrogène. Il est capable d'intégrer la plupart des molécules biologiques. Bien que sa radiotoxicité soit faible, les effets du tritium seraient augmentés s'il était capable de se concentrer dans des compartiments critiques du vivant. Afin de mieux comprendre la circulation du tritium dans l'environnement et mettre en évidence les constantes de transfert entre compartiments, nous avons étudié la tritiation de différentes matrices agricoles exposées chroniquement à du tritium. La première étape de notre démarche est la validation des techniques mises en oeuvre dans la préparation des échantillons. Nous avons démontré la possibilité de stocker des échantillons environnementaux à Valduc et avons mis en évidence différents biais liés à l'extraction de l'eau. Des solutions ont été proposées. Une hypothèse est formulée sur l'origine physique du facteur de séparation isotopique original que nous avons mis en évidence lors de l'extraction de l'eau du lait. Dans l'étude environnementale, les mesures faites sur les végétaux confirment l'importance de l'exposition atmosphérique dans la tritiation de la plante. L'absence de différence liée à l'espèce dans la tritiation de la matière sèche a été démontrée. La diversité des résultats obtenus sur la tritiation des différentes fractions de matrices végétales encouragent la poursuite de cette voie de recherche. Nous avons comparé la tritiation des principales fractions hydrogénées du lait, d'abord entre elles puis entre échantillons afin de mettre en évidence les facteurs à l'origine des différences observées. Nous avons ainsi montré la très grande corrélation entre l'eau d'abreuvement et l'eau libre du lait ainsi qu'entre les activités tritium de la matière sèche du bol alimentaire et des fractions organiques du lait. Nous avons également mis en évidence l'importance des paramètres métaboliques dans l'excrétion du tritium dans le lait. La synthèse de ces résultats montre l'importance des effets de la dilution de l'hydrogène dans les compartiments considérés devant les mécanismes de discrimination isotopique, y compris au sein d'une chaîne alimentaire exposée chroniquement dans son ensemble.

A Madagascar et au Niger, des politiques de décentralisation de la gestion des ressources naturelles ont émergé dans les années 90. Elles se sont construites en réponse à l'échec des politiques centralisées face à la dégradation des forêts et ont été favorisés par le développement de la reconnaissance à l'international des capacités des acteurs ruraux à gérer leurs forêts. L'application de ces politiques modifie les interactions entre acteurs ruraux et écosystèmes de façon positive et négative. Cette thèse propose un cadre pour analyser les effets attendus et inattendus des réformes forestières sur les forêts et les acteurs ruraux. Ce cadre est appliqué à un cas d'étude à Madagascar et un au Niger, illustrant la décentralisation dans des contextes différents. Le couple humains-écosystèmes forestiers est modélisé comme un système socio-écologique (SES), dont les interactions entre usagers et écosystèmes sont des fonctions du SES. Les politiques forestières sont interprétées comme des stratégies visant à réduire la vulnérabilité des SES. Les résultats montrent que le processus de décentralisation a visé un SES dans lequel une seule fonction, la production de bois énergie, est représentée. Cependant, les systèmes de forêts tropicales sèches sont composés de plusieurs fonctions différentes qui interagissent entre elles. Les nouvelles politiques forestières entrainent l'augmentation de l'expression de certaines des fonctions parmi les 16 identifiées au Niger et les 15 identifiées à Madagascar. Mais elles ont aussi conduit au déclin d'autres fonctions, avec des conséquences pour les acteurs impliqués dans ces fonctions. Pour réduire la vulnérabilité dans les SES des forêts tropicales sèches, des politiques qui intègrent les interactions complexes caractéristiques de ces systèmes doivent être développées.

Ce document synthétise l'ensemble des mes activités de recherche depuis mon doctorat, obtenu en 2006, jusqu'à mes travaux les plus récents et en cours effectués au Laboratoire Eau Environnement et Systèmes Urbains (LEESU) où je suis maître de conférences depuis 2007. Le LEESU est un laboratoire commun à l'Université Paris-Est Créteil Val de Marne (UPEC), l'Ecole des Ponts ParisTech, l'Université Paris-Est Marne-la-Vallée (UPEMLV) et AgroParisTech. L'objectif de mes travaux est d'obtenir une vision intégrée des micropolluants organiques en milieu urbain, de leur émission au milieu récepteur. Ils sont orientés vers les polluants prioritaires de la Directive cadre sur l'eau (DCE, Directive 2000/60/CE), les hydrocarbures aromatiques polycycliques, les polybromodiphényléthers, les alkylphénols, le bisphénol A et les phtalates. Ils s'intéressent d'une part à la production de polluants sur les surfaces urbaines, à leur transfert à différentes échelles, à leur comportement au sein des filières de traitement et finalement à leur devenir dans les milieux récepteurs. Après une introduction dédiée au contexte scientifique, j'ai opté pour une présentation de ce manuscrit selon 4 blocs regroupant la quasi-totalité de mes activités. Bien que perméables, ces blocs se structurent selon le devenir des micropolluants dans les eaux urbaines : * De l'atmosphère aux eaux de ruissellement ; * Dans les réseaux d'assainissement ; * Dans les filières de traitement ; * Dans les milieux récepteurs.