Les systèmes réels subissant des perturbations par l’interaction avec leur environnement sont susceptibles d’être entraînés vers des transitions irréversibles de leur principal état d’activité. Avec la croissance de l’empreinte humaine mondiale sur les écosystèmes, la caractérisation de la résilience de ces systèmes complexes est un enjeu majeur du 21e siècle. Cette thèse s’intéresse aux systèmes complexes pour lesquels il existe un réseau d’interactions et où les composantes sont des variables dynamiques. L’étude de leur résilience exige la description de leurs états dynamiques qui peuvent avoir jusqu’à plusieurs milliers de dimensions. Cette thèse propose trois nouvelles méthodes permettant de faire des mesures de la dynamique en fonction de la structure du réseau. L’originalité de ce travail vient de la diversité des approches présentées pour traiter la résilience, en débutant avec des outils basés sur des modèles dynamiques définis et en terminant avec d’autres n’exploitant que des données récoltées. D’abord, une solution exacte à une dynamique de cascade (modèle de feu de forêt) est développée et accompagnée d’un algorithme optimisé. Comme sa portée pratique s’arrête aux petits réseaux, cette méthode signale les limitations d’une approche avec un grand nombre de dimensions. Ensuite, une méthode de réduction dimensionnelle est introduite pour établir les bifurcations dynamiques d’un système. Cette contribution renforce les fondements théoriques et élargit le domaine d’applications de méthodes existantes. Enfin, le problème de retracer l’origine structurelle d’une perturbation est traité au moyen de l’apprentissage automatique. La validité de l’outil est supportée par une analyse numérique sur des dynamiques de propagation, de populations d’espèces et de neurones. Les principaux résultats indiquent que de fines anomalies observées dans la dynamique d’un système peuvent être détectées et suffisent pour retracer la cause de la perturbation. L’analyse témoigne également du rôle que l’apprentissage automatique pourrait jouer dans l’étude de la résilience de systèmes réels. / Real complex systems are often driven by external perturbations toward irreversible transitions of their dynamical state. With the rise of the human footprint on ecosystems, these perturbations will likely become more persistent so that characterizing resilience of complex systems has become a major issue of the 21st century. This thesis focuses on complex systems that exhibit networked interactions where the components present dynamical states. Studying the resilience of these networks demands depicting their dynamical portraits which may feature thousands of dimensions. In this thesis, three contrasting methods are introduced for studying the dynamical properties as a function of the network structure. Apart from the methods themselves, the originality of the thesis lies in the wide vision of resilience analysis, opening with model-based approaches and concluding with data-driven tools. We begin by developing an exact solution to binary cascades on networks (forest fire type) and follow with an optimized algorithm. Because its practical range is restricted to small networks, this method highlights the limitations of using model-based and highly dimensional tools. Wethen introduce a dimension reduction method to predict dynamical bifurcations of networked systems. This contribution builds up on theoretical foundations and expands possible applications of existing frameworks. Finally, we examine the task of extracting the structural causesof perturbations using machine learning. The validity of the developed tool is supported by an extended numerical analysis of spreading, population, and neural dynamics. The results indicate that subtle dynamical anomalies may suffice to infer the causes of perturbations. It also shows the leading role that machine learning may have to play in the future of resilience of real complex systems.

Les chaetognathes sont d’importants membres des communautés mésozooplanctoniques de l’Arctique en ce qui a trait à l'abondance et à la biomasse. Les chaetognathes de l’Arctique se répartissent en trois espèces principales qui sont considérées comme étant strictement carnivores : Eukrohnia hamata, Parasagitta elegans et Pseudosagitta maxima. Cette étude utilise un ensemble de données de filet planctoniques recueillies sur une période de 5 ans dans les régions européennes, canadiennes et de l'Alaska de l’Arctique (2007, 2008, 2012, 2013, 2014) et comprend un cycle annuel complet dans l'Arctique canadien (2007-2008), le but étant d’améliorer notre compréhension sur les distributions, les cycles de vie et les stratégies d'alimentation du E. hamata et du P. elegans. Dans la présente thèse, les points suivants seront abordés : (1) la stratégie d'alimentation et la maturité du P. elegans dans l'Arctique européen durant la nuit polaire en 2012 et 2013, (2) les cycles de croissance et de reproduction, les stratégies d'alimentation et les distributions verticales du E. hamata et du P. elegans dans l'Arctique canadien de 2007 à 2008, et (3) les différences spatiales dans les stratégies d'alimentation du E. hamata et du P. elegans à l'automne 2014. Afin d’étudier leurs stratégies d'alimentation, des analyses de contenu du tube digestif ainsi que des techniques biochimiques ont été utilisées. Dans l'Arctique canadien, le E. hamata et le P. elegans vivent tous deux pendant environ 2 ans. Le P. elegans colonise principalement les eaux épipélagiques, tandis que le E. hamata colonise principalement les eaux mésopélagiques. Dans cette région, P. elegans se reproduit en continue de l'été au début de l'hiver, dans la période de forte biomasse de copépodes, qui constituent ses proies, dans les eaux proches de la surface, un mode de reproduction basé sur l’apport immédiat d’énergie. Cependant, les résultats ont révélé que E. hamata a engendré des couvées distinctes dont on peut voir l’évolution au cours de fenêtres de reproduction séparées, à la fois durant les périodes de printemps-été et d’automne-hiver, ce qui suggère une reproduction basée sur les réserves. Les taux de prédation quotidiens évalués à partir des analyses du contenu du tube digestif sont généralement restés faibles pour les deux espèces de chaetognathes. Toutefois, pour E. hamata et P. elegans, les taux de prédation inférés en été-automne ont dépassé ceux de l’hiver-printemps. Des études d’alimentation ont révélé que E. hamata consomme de la matière organique particulaire (éventuellement des chutes de neige marine) tout au long de l'année, mais surtout en été, alors que le P. elegans se nourrit différemment. Les deux espèces sont caractérisées par une forte croissance estivale. La croissance hivernale du P. elegans était grandement restreinte, tandis que celle du E hamata l’était moindrement. En somme, les différences dans la façon dont les lipides et la neige marine sont utilisés par les deux espèces pourraient expliquer les différences dans leurs cycles de reproduction et leurs patrons de croissance saisonnière. / Chaetognaths are important members of Arctic mesozooplankton communities in terms of abundance and biomass. Despite this, the bulk of seasonal studies have focused on grazing copepods. Arctic chaetognaths comprise three major species which are thought to be strict carnivores: Eukrohnia hamata, Parasagitta elegans and Pseudosagitta maxima. This thesis uses datasets collected from plankton net sampling during five years in European, Canadian and Alaskan areas of the Arctic (2007, 2008, 2012, 2013, 2014) and includes a full annual cycle in the Canadian Arctic (2007-2008), the purpose being to improve our understanding of the distributions, life history and feeding strategies of E. hamata and P. elegans. The following topics are addressed: (1) the feeding strategy and maturity of P. elegans in the European Arctic during the polar night in 2012 and 2013; (2) the growth, breeding cycles, feeding strategies and vertical distributions of E. hamata and P. elegans, in the Canadian Arctic from 2007 to 2008; and (3) spatial differences in the feeding strategies of E. hamata and P. elegans in autumn 2014. To investigate feeding strategies, a combination of gut contents and biochemical techniques was used. In the Canadian Arctic, both E. hamata and P. elegans live for around 2 years. P. elegans mainly colonized epi-pelagic waters, whereas E. hamata mainly colonized meso-pelagic waters. In this region, P. elegans reproduced continuously from summer to early winter when copepod prey peak in near-surface waters. This is characteristic of income breeders. However, results for E. hamata revealed that this species spawned distinct and traceable broods during separate reproductive windows in both spring-summer and autumn-winter, suggesting capital breeding. Daily predation rates inferred from gut content analyses appeared to be generally low in the two chaetognath species, though inferred predation rates in summer-autumn exceeded those in winter-spring. Feeding studies revealed that E. hamata consumed particulate organic matter (possibly falling marine snow) throughout the year but especially in the summer, whereas P. elegans did not feed in this way. High summer growth seems to be a characteristic of both these species. Growth during winter was highly restricted in P. elegans, to a lesser extent in E. hamata. In summary, differences in how lipids and marine snow are utilised by the two species could explain differences in their breeding cycles and seasonal growth patterns.

Sept hauts-marais du département de l'Allier ont fait l'objet d'une description, d'un diagnostic et d'une proposition de stratégie de conservation. Le travail en trois étapes : (1) définition du cadre conceptuel, le modèle ; (2) description des complexes ; (3) intégration du modèle et des données de terrain. La synthèse modèle-description a mené à la définition de trois types fonctionnels : (1) édifices en phase corrosive-érosive, ayant subi de fortes perturbations et en particulier le pâturage ; (2) édifices stagnants ; (3) hauts-marais supposés fonctionnels. Au regard de leur nature et de leur état, les représentants du dernier type devraient faire l'objet d'une attention particulière des gestionnaires d'espaces naturels et faire l'objet de recherches complémentaires sur leur activité turfigène et la nature des végétations qui sont à l'origine des bombements

La conservation du caribou forestier est un enjeu clé de la gestion écosystémique. Le plan de rétablissement du caribou forestier, publié par le Québec en 2009, propose une approche de gestion forestière qui comprend le maintien de la connectivité entre des massifs de protection afin de faciliter les déplacements du caribou. Cependant, la majorité des études sur le caribou forestier se concentrent sur des périodes sédentaires soient l'hiver et la mise bas. Dans cette étude nous avons étudié le comportement du caribou boréal du Nord-du-Québec durant une période de déplacement, la dispersion printanière, afin de mieux caractériser les attributs d'habitats qui semblent faciliter la connectivité. Dans le premier chapitre de ce mémoire, nous privilégions une méthode d'analyse (partition récursive) à base individuelle qui permet d'obtenir des dates correspondant à trois saisons critiques dans le cycle de vie annuel du caribou forestier soient l'hiver, la dispersion printanière, et la mise bas. Ensuite nous comparons les dates obtenues par cette approche avec a) des dates obtenues par une méthode effectuée sur des données communes à la population (régression polynomiale mixte), et b) celles ayant été établies par consensus des experts pour notre région d'étude. Les résultats démontrent que même à l'intérieur d'une saison relativement stable il y a une variabilité individuelle et annuelle importantes quant à la période temporelle qui y correspond. Le modèle estimé sur les données communes de la population n'a pas obtenu les mêmes dates que celui estimé à l'échelle individuelle. Par ailleurs, les dates obtenues par consensus des experts différaient de façon importante des dates obtenues au moyen de l'étude du comportement des individus, particulièrement l'hiver et à la mise bas. Les dates correspondant à la mise bas étaient les moins différentes dans les trois cas. Nous concluons qu'afin de réduire le biais dans les études de sélection d'habitat, lors de la délimitation de la saison d'intérêt il est préférable d'utiliser des méthodes quantitatives qui sont basées sur le signal biologique de mouvements des individus d'une population plutôt que d'adopter des dates fixes et/ou établies a priori pour une région. Dans le deuxième chapitre nous abordons en premier lieu le patron de déplacement printanier du caribou forestier. En général, le caribou n'a pas utilisé les mêmes parcours de déplacement d'une année à l'autre, quoiqu'il semble avoir montré une certaine fidélité à sa destination finale (site de mise bas). Les mouvements des individus étaient orientés mais il n'y avait pas de direction prédominante à l'échelle de la population. Les caribous en déplacement à proximité d'un réseau routier important (>5km/km2) tendaient à tourner en rond sans se rendre très loin (i.e. tortuosité élevée), alors que les caribous en déplacement au-delà de 30 km d'un réseau routier important faisaient des déplacements plus directionnels (quasi-linéaire) et se rendaient nettement plus loin. Ceci pourrait indiquer que les chemins forestiers imposent un effet de barrière à la dispersion du caribou, ce qui pourrait avoir des conséquences néfastes pour la survie des populations sous forme de trappes écologiques. Le deuxième élément abordé dans chapitre deux est la sélection d'habitat du caribou forestier durant ses déplacements printaniers. Nous avons d'abord quantifié sa distribution printanière par le biais d'un modèle de mouvement Brownian bridge (MMBB), qui génère une surface de probabilité continue que nous avons ensuite utilisé comme variable réponse dans un modèle de sélection d'habitat. En général le caribou n'a pas démontré de sélection ou d'évitement fort vis-à-vis les attributs de son environnement durant ses déplacements saisonniers. Il a toutefois manifesté des tendances qui reflètent des compromis entre chercher une nourriture de qualité et minimiser le risque de prédation et les coûts énergétiques des déplacements. Par exemple, le caribou tendait à sélectionner des landes à lichen et des milieux humides tout en évitant des secteurs ayant une forte densité en coupes et/ou en chemins forestiers. Il tendait également à se tenir plus proche des basses terres et des cours d'eau lorsqu'accessible (à l'intérieur de 500 m). Par ailleurs, les chemins forestiers semblaient provoquer un comportement d'évitement chez le caribou boréal jusqu'à 15 kilomètres de distance, et les coupes forestières jusqu'à 10 kilomètres. Nous concluons que, étant donné le faible degré de fidélité aux parcours de déplacement printanier, planifier des corridors de déplacement fixes ne semble pas une approche très prometteuse pour maintenir la connectivité des paysages. Cela étant dit, la fidélité du caribou à ses parcours de déplacement risque d'être plus importante sur des territoires fortement aménagés puisque la connectivité de ses paysages serait moindre. Néanmoins, puisque le caribou en déplacement semble éviter les perturbations récentes, une densité accrue d'interventions forestières sur le paysage ne pourrait que nuire à la connectivité du territoire pour cet animal. Afin de mieux viser la conservation de cette espèce menacée, nous suggérons de minimiser la coupe ainsi que les chemins forestiers dans les secteurs encore occupés par le caribou forestier. Lorsque les interventions y sont envisagées, nous recommandons de ne passer qu'une fois par voie d'hiver en faisant des coupes localisées de petite envergure (coupe partielle, coupe sélective), tout en assurant la réhabilitation des chemins forestiers par la suite. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : caribou forestier, écotype boréal, comportement de déplacement, dispersion printanière, méthodes quantitatives, variabilité temporelle, consensus des experts, connectivité du paysage, Brownian bridge movement model (BBMM), sélection d'habitat, resource selection probability function (RSPF), réponse fonctionnelle.

Les communautés bactériennes aquatiques sont extrêmement sensibles et réactives aux gradients environnementaux. Il a été proposé que leur réponse résultent de changements dans leur structure, tels que la composition, la fonction ct la structure physiologique. L'objectif de cette thèse est de décrire les processus qui déterminent la réponse métabolique des communautés bactériennes face à des gradients dans les principales ressources, avec un intérêt particulier pour le rôle de la composition dans cette réponse. Les chapitres de cette thèse explorent dans un contexte de métacommunauté: Dans quelle mesure les ressources déterminent le métabolisme bactérien et leur structure, comment les composantes de la structure sont liées les unes aux autres, avec les ressources et la performance de la communauté, comment la composition des communautés est liée à la fonction, comment la plasticité métabolique et la redondance fonctionnelle influencent le rôle de la composition dans la réponse de la communauté. Ces différents aspects ont été explorés in situ dans divers écotones dans un bassin versant et par des expériences de transplantations en laboratoire. Spécifiquement, les objectifs sont (1) d'examiner si les patrons en termes du métabolisme et des composantes de la structure de la communauté présentent une certaine spécificité écosystémique (2) d'étudier le lien entre la composition et la fonction des communautés, (3) de décrire la séquence des relations entre les composantes de la structure des communautés qui médient la réponse de la communauté aux changements des ressources, (4) d'évaluer l'influence de la plasticité métabolique et redondance fonctionnelle sur le métabolisme en réponse aux changements environnementaux. Les résultats indiquent que la régulation du métabolisme bactérien par les ressources est médiée par des changements dans les composantes de la structure qui peuvent être soit directionnels, spécifiques aux écosystèmes, ou aléatoire. En fait, les résultats montrent que la réponse peut être médiée d'une part, par des ajustements physiologiques des phylotypes dominants ou par le remplacement même des phylotypes dominants. Le type de réponse n'apparaît pas être déterminé par le type, ni l'intensité des gradients, mais par la plasticité métabolique de la communauté, qui à son tour semble être déterminée par des facteurs indépendants des gradients eux-mêmes. Les résultats montrent que la composition et la fonction des communautés sont liées l'une à l'autre d'une manière très dynamique, tel que leurs patrons absolus ne sont pas corrélés. La force et la forme de la relation varient en fonction du type et de l'intensité des gradients, suggérant un haut niveau de redondance fonctionnelle tant au sein de la communauté, qu'au sein de la métacommunauté, à partir de laquelle les phylotypes sont sélectionnés pour occuper les nouvelles niches créées le long des écotones. Les résultats des expériences de transplantations indiquent: L'existence d'un seuil environnemental qui détermine le niveau de redondance fonctionnelle, et une spécificité écosystémique dans la plasticité métabolique. Collectivement, les résultats de cette thèse montrent que les conditions environnementales locales ont une plus grande influence sur la structure de la communauté que la dispersion, et que la composition des communautés bactériennes joue toujours un rôle dans cette réponse en déterminant le niveau de plasticité de la communauté, mais que ce rôle n'est qu'apparent lorsque la réponse implique un remplacement des phylotypes dans les communautés qui sont intrinsèquement moins plastiques. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : bactérioplancton, gradients environnementaux, métabolisme du carbone, structure des communautés, métacommunauté.

Les organismes montrent des variations de cycle de vie, de comportement et de physiologie. L'écologie évolutive cherche à les expliquer en investiguant les conséquences de ces variations pour l'écologie et l'aptitude phénotypique des animaux. Ainsi, certaines populations comportent des individus ayant un cycle de vie plus rapide que d'autres, caractérisé par une reproduction plus précoce, une fécondité plus élevée mais également une longévité plus faible. Une hypothèse récente, l'hypothèse du train de vie, prédit que ces différences de cycle de vie seraient associées à des différences de comportement constantes entre les individus lorsque ces traits sont impliqués dans les compromis évolutifs. Selon cette hypothèse, les individus investissant plus dans les comportements exploratoires devraient ainsi atteindre leur succès reproducteur maximum plus tard dans leur vie. Ceci peut provenir, d'une part, du fait que le train de vie des individus détermine leur personnalité; ou d'autre part, que la personnalité d'un individu détermine comment il complétera son cycle de vie. Il est possible de gagner certains indices sur les relations entre les traits comportementaux et biodémographiques à travers l'analyse des mécanismes de régulation qui leur sont commun, comme les gluco-corticoïdes (GC). Le but général de cette thèse de doctorat est de mieux comprendre les différences de patron d'exploration en testant l'hypothèse du train de vie. Selon cette hypothèse, les individus investissant le plus dans l'exploration de leur environnement devraient montrer un succès reproducteur maximal plus tardif et mobiliser plus de GC pour protéger leur survie face aux perturbations environnementales. J'analyse ainsi les relations entre le patron d'exploration exprimé par les individus dans un environnement nouveau, leur patron de reproduction au cours de leur vie, et le niveau de cortisol (le GC principal chez les mammifères) dans une population naturelle de tamias rayés (Tamias striatus) située au sud du Québec dans les monts Sutton. Je valide dans un premier temps une méthode permettant le suivi du niveau de cortisol de manière non-invasive. Je documente ensuite les relations entre le patron d'exploration des individus, leur docilité lors de manipulations sur le terrain et leur propension à être capturés dans les pièges. Je détermine la relation entre le patron d'exploration des individus et leur réactivité physiologique aux perturbations environnementales. Je documente ensuite le patron de reproduction des individus tout au long de leur vie et analyse sa relation avec leur patron d'exploration. Enfin, j'analyse le niveau de cortisol des individus en nature. Les individus ont été suivis sur 25 hectares de forêt décidue mature. Chaque été de 2005 à 2010 les individus ont été suivis par piégeage, observations focales et télémétrie. Les jeunes ont été capturés à l'émergence du terrier maternel, et assignés à leur père le plus probable à l'aide de marqueurs microsatellites. Les individus ont été soumis à des tests d'arène, quantifiant la réponse comportementale à un environnement nouveau. Durant ce test, certains individus expriment un patron d'exploration superficiel, caractérisé par une exploration importante en début de test mais une diminution tout aussi importante de l'exploration au court des secondes suivantes. À l'autre extrême, d'autres individus expriment un patron d'exploration plus méticuleux, avec un niveau d'exploration modéré mais constant au cours de la durée du test. Les animaux ont également été soumis à des tests de docilité, lors desquels nous avons relevé le nombre de secondes passées par l'animal à se débattre durant une minute lors des manipulations. Lors des captures en 2009, des échantillons fécaux ont été prélevés dans les trappes. La concentration de métabolites issus du cortisol a ensuite été analysée par ELISA compétitive en utilisant un anticorps polyclonal. La réactivité du système sympathique des individus a été quantifiée par l'analyse du rythme cardiaque lors d'un test de restriction. Les individus de la population d'étude montrant un patron d'exploration plus superficiel dans l'arène sont moins dociles. Ces individus sont également capturés plus fréquemment (mâles) ou plus loin de leur terrier (femelles). Les individus exprimant un patron d'exploration superficiel dans l'arène démontrent une réactivité du système sympathique plus importante, mais une variabilité plus faible de leur niveau de cortisol, suggérant qu'ils protègent ainsi leur survie de manière moins importante. En accord avec les prédictions, les individus plus superficiels dans leur exploration atteignent également leur succès reproducteur maximal plus tôt au cours de leur vie reproductive. Les variations d'abondance de nourriture d'une année à l'autre, à travers leurs effets sur l'âge à la première reproduction des individus contribuent à favoriser un meilleur succès reproducteur à vie des explorateurs superficiels parmi les individus nés durant les années de forte abondance de nourriture. À l'inverse, les explorateurs méticuleux ont un succès reproducteur plus élevé parmi les individus nés durant les années de faible abondance de nourriture. Les femelles ayant un patron d'exploration plus superficiel démontrent une variabilité plus faible de leur niveau de cortisol. Les femelles amenant un plus grand nombre de jeunes au sevrage ont également une variabilité en cortisol plus faible au cours de l'été. Ces résultats sont en accord avec l'hypothèse du train de vie et démontrent que le patron d'exploration exprimé par les animaux est associé à leur patron de reproduction en fonction de l'âge. De plus ils suggèrent que les fluctuations d'abondance des ressources d'une année à l'autre sont susceptibles de générer des pressions de sélection oscillantes qui pourraient maintenir la variabilité du patron d'exploration observée dans cette population. L'analyse du patron de cortisol des individus suggère enfin que le patron de reproduction et le patron d'exploration sont susceptibles de s'influencer l'un l'autre. Ces résultats contribuent à la compréhension des différences de personnalité par des résultats empiriques sur les relations entre les traits de personnalité, la physiologie et la biodémographie des individus. De telles études sont encore rares. Des analyses futures, détaillant d'une part la nature des coûts et des bénéfices associés au patron d'exploration des individus, et d'autre part investiguant les sources de variation contribuant à la variabilité du patron d'exploration observées dans cette population permettront de compléter les résultats présentés dans cette thèse. ______________________________________________________________________________

Les mammifères sont présents sur la surface terrestre depuis au moins le crétacé et ont colonisé l’ensemble des continents et des océans. Mon travail s’attache à comprendre la nature et l’importance relative des processus qui ont pu conduire à la répartition géographique actuelle des mammifères et notamment aux similarités faunistiques entre régions du globe. En décrivant les facettes phylogénétiques et fonctionnelles de la biodiversité des mammifères, j’adopte une approche résolument intégrative, à l’interface entre la biogéographie historique et la biogéographie fonctionnelle.À partir d’un travail de revue et de synthèse, la première partie de la thèse me permet de dégager un nombre limité de grandes lignes structurelles décrivant les facettes phylogénétiques et fonctionnelles de la biodiversité. En particulier, je mets en évidence comment la variation de l’échelle phylogénétique de travail peut permettre de mettre en lumière différents processus.La seconde partie de ma thèse s’attache à utiliser cette approche pour expliquer la répartition des mammifères sur le globe. Nous montrons ainsi que les compositions faunistiques à large échelle phylogénétique (p. ex. pour les familles) semblent expliquées par l’isolement géographique des masses continentales au cours du cénozoïque alors que les compositions à fine échelle phylogénétique (p. ex. pour les espèces) sont davantage conditionnées par les affinités climatiques. Nous montrons ensuite que les régions ayant développées des faunes mammaliennes indépendantes présentent en fait des similarités fonctionnelles exceptionnelles, résultat d’une évolution convergente.Comprendre les déterminants historiques et écologiques d’une telle répartition ne représente pourtant qu’un premier pas vers leur sauvegarde face aux multiples menaces anthropiques. La dernière partie de ma thèse entreprend de montrer l’importance d’une vision intégrative combinant les facettes phylogénétiques, fonctionnelles et taxonomiques pour la conservation de l’ensemble des dimensions de la diversité mammalienne. / Mammals inhabit the Earth since at least the Cretaceous and have colonised all continents and oceans. My work aims at understanding the nature and importance of the different processes leading to current geographical distributions of mammals and in particular faunal similarities between regions of the globe. By describing the phylogenetic and functional facets of mammalian diversity, I adopt an integrative approach, at the interface between historical and functional biogeography.First, I review and synthesize most of the published multifaceted diversity metrics to propose a limited number of structural dimensions that parsimoniously describe the phylogenetic and functional structure of species assemblages. In particular, I point out how a multi-phylogenetic scale approach might improve our understanding of the mechanisms shaping diversity patterns.Second, I use this approach to understand the geographical distribution of mammals worldwide. I show that at large phylogenetic scales (e.g. families) distributions seem to be driven by geographic isolation of the regions over the course of the Cenozoic Era, while at small phylogenetic scales (e.g. species), distributions are related to climatic affinities. In addition, I show that those regions having developed independent mammalian faunas show exceptional functional similarities due to evolutionary convergences.Understanding the historical and ecological drivers of mammal biodiversity only represents the first step toward their conservation in the face of anthropic threats. The last part of my thesis shows the importance of an integrative approach using phylogenetic, functional and taxonomic facets to protect all dimensions of mammal diversity.

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Des impacts du changement climatique sur les communautés de phytoplancton microbien ont déjà été reportés dans l'océan Arctique. Cependant, peu d’attention a été portée sur le microzooplancton aux rôles écologiques multiples tels que les ciliés et les dinoflagellés. Le but de cette thèse était d'améliorer les connaissances et la compréhension de l'écologie du microzooplancton, mais aussi de permettre la prédiction de leur réponse dans un Arctique en mutation. Nous avons utilisé la technique de séquençage d'amplicons à haut débit du gène 18S ARNr et de l'ARNr 18S (à partir d'ADNc) afin d’étudier le profil des communautés ainsi que leur diversité. Par la suite, nous avons testé différentes hypothèses reposant sur les variations temporelles et spatiales de ces assemblages microzooplanctoniques. Les résultats ont montré que le microzooplancton présente une forte saisonnalité dans le golfe d'Amundsen en réponse aux conditions changeantes. Des assemblages estivaux semblables ont été observés de 2003 à 2010, à l'exception de juillet 2008, après le record de minimum de glace en été 2007. Cet évènement particulier a permis de nous indiquer une sensibilité de ces espèces face aux conditions de glace. Les communautés de dinoflagellés du bassin du Canada sont régies par des processus déterministes et stochastiques qui dépendent de la variabilité de l'environnement, indiquant une sensibilité potentielle aux changements environnementaux. Nous en avons déduit que les dinoflagellés et autres taxons apparentés, ayant des rôles fonctionnels similaires, peuvent fournir une stabilité des flux alimentaires et énergétiques dans des conditions de limitation de lumière ou de nutriments, associées à l’approfondissement de nitracline. Étant donné que de nombreux ciliés et dinoflagellés sont mixotrophes, ils pourraient indirectement influencer les cycles biogéochimiques par le broutage sur les bactérivores et le petit plancton, et ainsi relier la boucle microbienne avec les niveaux trophiques supérieurs. La grande diversité et l'ubiquité des ciliés et des dinoflagellés suggèrent également une complexité dans les réseaux trophique microbiens et de nouvelles possibilités de recherche pour les océanographes. / Impacts of climate change on microbial communities in the Arctic Ocean have been mostly reported for major phytoplankton groups, with less attention to microzooplankton, such as ciliates and dinoflagellates, which have multiple ecological roles. For example, many ciliates and dinoflagellates are mixotrophic and could indirectly influence biogeochemical cycles by grazing on bacterivores and small plankton and linking the microbial loop with the higher trophic levels. The aim of this thesis was to address knowledge gaps in microzooplankton phylogeny, ecology and distribution with a goal of providing information needed to eventually predict of microzooplankton responses to the changing Arctic. We used high throughput amplicon sequencing of the 18S rRNA gene and 18S rRNA (as cDNA) to generate community and diversity profiles, which were used to test hypotheses on microzooplankton assembly across time and space. Results showed that microzooplankton exhibited strong seasonality in response to changing conditions in Amundsen Gulf. Similar summer assemblages were seen from 2003-2010 with the exception in July 2008 following the summer ice minimum record in 2007. Canada Basin dinoflagellate communities were governed by both deterministic and stochastic processes that were dependent on the variability of the environment, indicating potential sensitivity to environmental change. We inferred that dinoflagellates and other taxa with similar functional roles could provide stability to food and energy flows under conditions of light- or nutrient-limitation associated with a deepening nitracline. The high diversity and ubiquity of ciliates and dinoflagellates also suggest a complexity within microbial food webs and new research opportunities for oceanographers.

Cette étude vise à définir la répartition verticale des larves de longicornes dans le pin gris et l’épinette noire tués par le passage du feu en forêt boréale. L’étude vise également à déterminer la préférence d’oviposition du longicorne noir en fonction de différents hôtes (brûlé vs non-brûlé et épinette noire vs pin gris). La convenance de l'hôte a également été estimée afin de déterminer si les femelles du longicorne noir font des choix optimaux permettant de maximiser le développement de leur progéniture. Nos résultats ont démontré que les trois longicornes les plus abondants étaient spatialement et verticalement ségrégés parmi les deux essences forestières et selon la sévérité du feu. Pour ce qui concerne la préférence d’oviposition, les femelles du longicorne noir n’ont montré aucune préférence entre l'épinette noire brûlée et non brûlé, les deux hôtes étaient également convenables. Par contre, les femelles ont pondu davantage d'œufs sur l'épinette noire brûlée comparativement au pin gris brûlé, mais la convenance des hôtes n'était pas statistiquement différente. Cependant, les résultats suggèrent un développement larvaire plus rapide sur l'épinette noire. / The aim of this study was to define the vertical distribution of longhorned beetle larvae in jack pine and black spruce killed by wildfire in the boreal forest. This study also aimed to determine oviposition preferences of whitespotted sawyer female on hosts. Host suitability was also estimated in order to determine if whitespotted sawyer females make optimal choice maximising larval fitness. Our results showed that the three most abundant longhorned beetle species were spatially and vertically segregated among both tree species and across a burn severity gradient. In laboratory experiments, females of the whitespotted sawyer showed no preference between burned and unburned black spruce boles that were also equally suitable. However, females laid more eggs on burned black spruce compared to burned jack pine, but host suitability was not statistically different. However, results suggest a faster larval development for the black spruce.