La vaste majorité des plantes terrestres sont impliquées dans des interactions symbiotiques avec des champignons du sol. Ces interactions, appelées mycorhizes, jouent un rôle clé dans l’écologie des plantes en influençant plusieurs facettes de leur croissance ou de leur reproduction (e.g., nutrition, protection contre les pathogènes, activation du système immunitaire). Toutefois, nous connaissons encore très peu de choses sur l’assemblage des communautés mycorhiziennes en milieu naturel : existe-t-il de la spécificité entre certaines espèces de plantes et de champignons, ou ces associations sont-elles le fruit du hasard et des conditions locales seulement? Cette question pose un défi tant sur le plan fondamental, où nous cherchons à comprendre comment les mutualismes persistent évolutivement, que sur la plan appliqué, où nous aimerions connaître comment les écosystèmes naturels s’assemblent pour guider nos pratiques de restauration écologique. Ainsi, mon doctorat a gravité autour de cette question : quels sont les mécanismes responsables de l’assemblage des communautés mycorhiziennes? En d’autres termes, qu’est-ce qui détermine qu’une plante s’associera avec certains champignons, et ne s’associera pas avec d’autres, en milieu naturel. En premier lieu, j’ai approché cette question sur le plan théorique en utilisant la théorie des réseaux comme outil pour détecter les associations préférentielles entre plantes et champignons. J’ai aussi développé, pour prédire ces associations préférentielles, un cadre théorique basé sur les traits fonctionnels des organismes, en adaptant le triangle CSR de J.P. Grime. Finalement, j’ai pu tester mes hypothèses par des observations en milieu naturel et des expériences en milieu contrôlé. L’ensemble de mes travaux ont contribué à mettre en lumière deux éléments clés de l’assemblage des communautés mycorhiziennes. Premièrement, l’assemblage semble se faire de manière hiérarchique, où d’abord des contraintes neutres comme l’abondance et la distribution spatiale déterminent quelles espèces auront l’opportunité d’interagir entre elles et ensuite, une sélection déterministe des partenaires s’opère, où les ii plantes ayant des traits fonctionnels similaires tendent à interagir avec un pool similaire de champignons mycorhiziens. Deuxièmement, bien qu’il semble y avoir de la sélection déterministe de partenaires, tant en milieu naturel qu’en milieu contrôlé, ce choix de partenaires demeure extrêmement flexible et dépend probablement des conditions locales et de phénomènes stochastiques (e.g., conditions du sol, luminosité, effets de priorité par les plantes voisines, etc.). Ces résultats permettent de mieux comprendre la spécificité dans la symbiose mycorhizienne. Ils suggèrent aussi que ces communautés symbiotiques seront fortement résilientes aux perturbations (e.g., extinction locale d’une espèce), car la spécificité dans le choix de partenaires que l’on observe sur le terrain ne semble pas résulter d’évènements de coévolution réciproque et de spécialisation.

Un des défis les plus pressants offerts aux écologistes des communautés actuellement consiste à prédire la réponse des assemblages d'espèces au changement environnemental global. Les études départageant la contribution de la variation observée à l'intérieur des espèces et entre les espèces à la variation fonctionnelle observée entre les communautés le long de gradients environnementaux spatiaux sont particulièrement utiles à cette fin. Elles permettent en effet d'évaluer la part que l'adaptation locale et la plasticité phénotypique (variation intraspécifique), en plus du renouvellement en espèces (variation interspécifique), pourraient jouer dans la médiation des changements environnementaux par les communautés végétales. Ce mémoire vise à évaluer la contribution de la variation intraspécifique au renouvellement en traits entre des communautés végétales le long d'un flanc de montagne, ainsi que les contextes environnementaux et écologiques dans lesquels une plus grande ou plus faible contribution de cette variation intraspécifique pourrait être attendue. Pour ce faire, j’ai quantifié la variation dans trois traits fonctionnels distincts (phénologie florale, surface foliaire spécifique et hauteur) entre, et à l'intérieur de 51 espèces végétales herbacées de sous-bois distribuées entre des communautés couvrant une transition de la forêt de feuillus à la forêt boréale (Parc national du Mont-Mégantic, Qc). Je présente également un nouveau cadre conceptuel établissant des hypothèses et prédictions sur les contextes environnementaux et écologiques pouvant déterminer la magnitude de la contribution de la variation intraspécifique à l'association trait-environnement entre les communautés végétales, que je teste à l'aide de ce jeu de données. Je rapporte que l'importance relative de la variation intraspécifique au renouvellement fonctionnel entre les communautés est dépendante de l'axe environnemental considéré, étant la plus forte le long d'axes non-climatiques, soit l'ouverture de la canopée et l'acidité du sol. Cette contribution est également déterminée de façon importante par la structure des réponses des espèces au gradient, en particulier par la direction et la magnitude de la variation intraspécifique dans l'espèce la plus abondante, la cohérence dans la direction de la réponse fonctionnelle des espèces à la variation environnementale et les patrons d'association trait-abondance à l'intérieur des espèces. Mon étude souligne l'importance de considérer les patrons sous-jacents à la contribution de la variation intraspécifique dans l'évaluation des sources de l'association trait-environnement entre les communautés végétales et propose des bases empiriques fortes pour améliorer les prédictions des réponses phénologique et végétative des communautés au changement environnemental global.

Dans le contexte d'un environnement soumis à des pressions humaines de plus en plus importantes, l'évaluation de la qualité écologique des milieux naturels est devenue un enjeu scientifique, politique et sociétal majeur. Au début des années 2000, les méthodes de bio-évaluation existantes se sont révélées insuffisantes au regard des exigences affichées par la Directive Européenne Cadre sur l'Eau de maintenir ou recouvrer le bon état écologique pour les masses d'eau continentales. En parallèle de cette prise de conscience politique de la nécessité d'une amélioration des méthodes de bio-évaluation, un certain nombre d'auteurs ont plaidé pour une prise en compte explicite des caractéristiques biologiques et écologiques des espèces (i.e. leurs « traits ») de façon à mieux comprendre les processus de mise-en-place et d'organisation des communautés en relation avec les caractéristiques de leur habitat. Le but principal de ce travail de thèse a été d'étudier comment les approches « traits », à plusieurs échelles d'organisation biologique, peuvent permettre d'améliorer la bio-évaluation des cours d'eau Français. Pour cela, nous avons étudié dans un premier temps l'application sur les communautés benthiques de l'approche « traits bio-écologiques potentiels » pour l'évaluation (i) de la qualité écologique, (ii) des risques d'altération et (iii) du degré d'homogénéisation fonctionnelle des cours d'eaux. Ensuite, nous avons exploré le potentiel de nouveaux traits (i.e. isotopiques, stoechiométriques et protéomiques) pour la caractérisation des réponses biologiques des invertébrés benthiques soumis à des pressions anthropiques 'simples' (i.e. acidification et contamination organique). Nos résultats ont démontré que les traits bio-écologiques potentiels permettaient d'améliorer de manière significative l'évaluation du statut écologique des cours d'eaux et des pressions anthropiques qu'ils subissent, à large échelle spatiale (e.g. sur les réseaux nationaux de suivi de la qualité de l'eau). Les analyses isotopique et stoechiométrique ont permis également, sur des problématiques plus locales, de relier des informations sur des traits biologiques (régime alimentaire et développement) aux transferts de nutriments et de matière organique réalisés par les communautés benthiques au sein des systèmes lotiques. Enfin, l'analyse protéomique réalisée le long d'un gradient d'acidification ouvre des perspectives intéressantes pour la mise en place d'un « système expert » précoce des effets d'une détérioration de la qualité de l'eau sur les invertébrés benthiques / In a global change context, ecosystems are subjected to more and more severe human pressures. In this context, optimizing the biomonitoring of natural ecosystems has become a major scientific, political and societal issue. In the early 2000th, most of the freshwater bioassessment methods did not succeed in fulfilling the requirements of the European Water Framework Directive, for efficiently evaluating the ecological status of rivers with the main objective to maintain or to reach the good ecological status for all the water bodies. In the same time, a major advance in community ecology was the explicit consideration of the biological and ecological attributes of species (i.e. their ?traits?) to better explain the role of habitat characteristics in community assembly. The main goal of this PhD work was to establish how trait-based approaches, at different biological scales, could enhance the bioassessment of French streams. We have first focused on the utilization of potential bio-ecological traits of macrobenthic communities for (i) evaluating the ecological quality of rivers, (ii) assessing the risk of significant alteration of benthic assemblages by specific pressure categories and (iii) appraising the human pressure-drived functional homogenization process in benthic communities. We examined the potential of new traits (derived from stable isotopy, stoichiometry and proteomics) for depicting the benthic invertebrate responses to 'simple' anthropogenic pressures (i.e. acidification and organic contamination). We have demonstrated that using potential bio-ecological traits efficiently enhances the ecological monitoring of wadeable rivers, at large spatial scale (e.g. on National survey networks). The stable isotope and stoichiometry analyses, when applied at reach scale, have allowed to link biological traits (i.e. diet and development) to ecological functions provided by macrobenthic communities, such as nutriment and organic matter flows in rivers. Finally, the proteomic analysis, performed along an acidification gradient, has brought out very interesting perspectives for the development of an integrative ?expert system? that early detects the biological effects of water quality alteration on benthic invertebrate assemblages

Je vous propose à travers la lecture de cette thèse d'entreprendre un voyage épistémologique, un déplacement hors de votre lieu de résidence (et de recherche) habituel, un passage du "comment", donc de la résolution de questions pragmatiques, au "pourquoi", à la définition des finalités de la recherche scientifique. Ce voyage doit être vécu comme une aventure, une tentative difficile et périlleuse au cours de laquelle vous serez amené à défier l'autorité d'un Grand Partage régnant sur les mers épistémologiques, légitimant la connaissance vraie et justifiée au détriment de la croyance et de l'opinion. Ce départage opposera au réalisme une posture constructiviste et relativiste affirmationniste concevant la recherche scientifique non comme un progrès dans la découverte du réel ou vers une vérité universelle mais comme la confrontation de points de vue donnant lieu à des définitions communes, des représentations partagées. S'en suivra une escale sur l'île de l'écologie des communautés, où l'étude des prédictions produites par les écologues illustrera deux types de recherche : l'une, qualifiée d'analytique, vise à fournir des explications du réel par la décomposition et la simplification ; l'autre, qualifiée de synthétique, veut la compréhension par la mise en lien. Alors que la première utilise un langage exclusif, engendrant un double mouvement d'exclusion et d'esquive de certaines questions, la seconde discute par le biais d'un langage coélitaire, créant de la complexité, de l'épaississement pour reconfigurer notre connaissance du monde afin de susciter des questions subjectivement neuves. Ce voyage aboutira à la proposition d'une nouvelle architecture pour la maison écologie alors engagée dans une recherche synthétique. / With this thesis, I propose that you undertake an epistemological travel to move outside your usual place of residence (and of research), a transition from the “how”, so from the resolution of practical issues, to the “why” and the definition of the purposes of scientific research. This travel must be experienced as an adventure, a difficult and dangerous attempt during which you will defy the authority of a Grand Partage prevailing on the epistemological seas, legitimizing a true and justified knowledge to the detriment of belief and opinion. This will oppose a realist position to a constructivist and relativist affirmationist position seeing scientific research not as one step in the discovery of the real or of a universal truth but as the confrontation of points of view leading to common definitions and shared representations. Will follow a stopover on the island of community ecology, where the study of different kinds of predictions produced by ecologists is used to illustrate two types of research: one is called “analytical” and aims to provide explanations of reality by decomposition and simplification; the other one, called “synthetical” intends to understand by setting links. While the first uses an exclusive language, generating a double movement of exclusion and avoidance of some questions, the second discusses through a coélitaire language, creating complexity and thickening to reconfigure our knowledge of the world to generate questions that are subjectively new. This travel will finally lead to the proposal of a new architecture for the home of ecology engaged in a synthetical research.

Les micro-organismes jouent un rôle crucial dans les processus écosystémiques. L'étude de la distribution spatio-temporelle des communautés microbiennes est donc nécessaire, particulièrement dans un contexte de changements globaux. Les micro-organismes étant très diversifiés et majoritairement non cultivables, l'étude de leur diversité et des facteurs responsables de l'assemblage des communautés nécessite des outils adaptés. Les écosystèmes alpins montrent de forts gradients mésotopographiques et de régimes d'enneigements. Ces gradients engendrent une hétérogénéité spatiale du couvert végétal et des processus écosystémiques à des échelles réduites. Les contrastes de l'étage alpin s'appliquent aussi dans le temps, ceux-ci étant soumis à des froids intenses en hiver. Ces écosystèmes sont donc un modèle de choix pour l'étude des patrons spatio-temporels de la microflore du sol. Ce travail s'est d'abord concentré sur l'optimisation d'une technique d'empreinte moléculaire, la CESSCP, mais aussi d'outils statistiques pour l'analyse de séquences d'ADN. Les communautés bactériennes, fongiques et crenarchaeotes du sol ont été suivies deux années, par CE-SSCP et clonage/séquençage, dans deux habitats contrastés par leurs régimes d'enneigements. Cette étude a ensuite été étendue à l'échelle du paysage, sous divers couverts végétaux. Ce travail montre que l'assemblage des communautés microbiennes alpines varie au cours des saisons et que l'hiver constituent un fort évènement sélectif. Cette étude montre également que les communautés microbiennes sont spatialement distribuées en fonction des régimes d'enneigements et de la végétation. Les facteurs directement responsables de tels patrons sont discutés.

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.

Aujourd'hui la perte et la transformation des habitats sont les principales menaces qui causent la diminution de la diversité biologique. A Madagascar, 90% des espèces végétales sont endémiques de l'île et la plupart des formations végétales sont actuellement fortement dégradées ou remplacées par des formations secondaires résultant des activités humaines. Le bois de tapia, dominé par l'espèce endémique de Madagascar Uapaca bojeri, est une formation végétale sclérophylle limitée aux Hautes Terres de l'île. Cette formation, adaptée et résistante au régime de feu naturel de la région, est aujourd'hui fragmentée, couvrant une surface équivalente à 132 255 ha au total. Afin d'augmenter la protection du bois de tapia, une nouvelle aire protégée (NAP) a été établie sur le Massif d'Ibity. L'état actuel de la végétation de bois de tapia est le résultat de l'interaction de facteurs comme le type de sol, le climat, les pratiques humaines traditionnelles et le feu. Bien que le feu soit un des phénomènes qui fasse partie de la dynamique de cette végétation, le régime de feu actuel est également une des causes de sa dégradation. L'objectif de cette thèse est donc d'étudier le rôle du feu sur le cycle démographique et certains processus importants pour l'installation et le recrutement. Ainsi, la germination, la phénologie et la résistance des plantules au feu ont été étudiées. Cette recherche montre que le problème actuel du bois de tapia est 1) la réduction de la floraison et de la fructification par les fréquences de feu élevées ; 2) la réduction du pourcentage de germination après l'exposition des graines à de hautes températures, et 3) la mortalité élevée des plantules après le passage d'un feu, en particulier quand la quantité de combustible est élevée. Ainsi l'installation et le recrutement des espèces ligneuses sont limités par le feu, qui a un effet négatif sur la régénération naturelle. La gestion du feu autour de l'aire protégée est ainsi nécessaire pour sa conservation

Aujourd'hui la perte et la transformation des habitats sont les principales menaces qui causent la diminution de la diversité biologique. A Madagascar, 90% des espèces végétales sont endémiques de l’île et la plupart des formations végétales sont actuellement fortement dégradées ou remplacées par des formations secondaires résultant des activités humaines. Le bois de tapia, dominé par l’espèce endémique de Madagascar Uapaca bojeri, est une formation végétale sclérophylle limitée aux Hautes Terres de l’île. Cette formation, adaptée et résistante au régime de feu naturel de la région, est aujourd'hui fragmentée, couvrant une surface équivalente à 132 255 ha au total. Afin d’augmenter la protection du bois de tapia, une nouvelle aire protégée (NAP) a été établie sur le Massif d’Ibity. L’état actuel de la végétation de bois de tapia est le résultat de l’interaction de facteurs comme le type de sol, le climat, les pratiques humaines traditionnelles et le feu. Bien que le feu soit un des phénomènes qui fasse partie de la dynamique de cette végétation, le régime de feu actuel est également une des causes de sa dégradation. L’objectif de cette thèse est donc d’étudier le rôle du feu sur le cycle démographique et certains processus importants pour l’installation et le recrutement. Ainsi, la germination, la phénologie et la résistance des plantules au feu ont été étudiées. Cette recherche montre que le problème actuel du bois de tapia est 1) la réduction de la floraison et de la fructification par les fréquences de feu élevées ; 2) la réduction du pourcentage de germination après l’exposition des graines à de hautes températures, et 3) la mortalité élevée des plantules après le passage d’un feu, en particulier quand la quantité de combustible est élevée. Ainsi l’installation et le recrutement des espèces ligneuses sont limités par le feu, qui a un effet négatif sur la régénération naturelle. La gestion du feu autour de l’aire protégée est ainsi nécessaire pour sa conservation / Currently loss and transformation of habitats are the main threats which cause the decrease of biological diversity. In Madagascar, 90% of plants species are endemic of the island and most of the plant formations types are at present strongly degraded or replaced by secondary formations resulting from human activities. Tapia woodland, dominated by the endemic tree Uapaca bojeri, is a sclerophyllous vegetation type limited in the Malagasy highlands. This vegetation type, adapted and resistant to the natural fire regime, is very fragmented today, covering a surface equivalent to 132 255ha on the island. In order to increase the protection of tapia woodland, a new protected area was established on Ibity massif. The current state of the woody vegetation is the result of the interaction of some factors as soil type, climate, human traditional practices and fire. Although fire is one of the phenomena that determine the dynamics of this vegetation, the current fire regime is also one of the main causes of degradation. The objective of this thesis is to study the role of fire on the demographic cycle and on some main processes for installation and recruitment. Thus, germination, plant phenology and seedlings resistance after burnt were studied. This research shows that the current problem of tapia woodland are 1) the reduction of flowering and fruiting by high fire frequencies; 2) the reduction of germination percent after seed exposure with high temperatures, and 3) high seedlings mortality after burnt, in particular when the quantity of fuel is raised. Installation and recruitment of woody species are limited by fire, which has a negative effect on natural regeneration. Fire management around the protected area is thus necessary for its conservation

Les objectifs étaient 1) l'évaluation des interactions existant entre le sédiment et le compartiment benthique; 2) le suivi des processus de restauration d'une communauté benthique ayant subi l'immersion de 6.10^6m3 de déblais de dragages. La texture sédimentaire, la qualité alimentaire de la matière organique et les paramètres faunistiques ont été mesurés dans 3 sites des parages de l'embouchure du Rhône (1 témoin, 1 sous l'influence du fleuve et 1 dans la zone d'immersion). Les phases de la restauration de la communauté ont été suivies et les facteurs ayant influencé la communauté benthique ont été mis en évidence. Ce travail a permis de préconiser aux gestionnaires des adaptations pour optimiser les prochaines campagnes de dragages et d'améliorer la connaissance des interactions entre le compartiment "macrofaune benthique" et les sédiments qui l'abrite, en montrant l'influence, non seulement de la quantité de la matière organique, mais aussi de sa qualité.

Un des enjeux importants de l'écologie est de comprendre comment les pratiques anthropiques affectent la biodiversité et quelles en sont les conséquences sur le fonctionnement des écosystèmes. L'objectif de cette thèse est d'améliorer la compréhension des mécanismes régissant les communautés végétales aquatiques, et plus particulièrement ceux liés aux perturbations anthropiques et aux phénomènes d'eutrophisation. Les méta-écosystèmes constitués de réseaux d'étangs agro-piscicoles sont des modèles d'étude adaptés à notre problématique car ils sont sous forte pression anthropique et présentent une forte variabilité environnementale. Dans un premier temps, nous avons étudié l'impact des modes de gestion des bassins versants sur l'eutrophisation des étangs. Dans un second temps, nous avons mesuré l'effet de l'eutrophisation sur la productivité et la diversité des communautés phytoplanctoniques. Enfin, nous avons relié 3 types de contraintes générées par les pratiques anthropiques (l'eutrophisation, l'assèchement et la connectivité entre les étangs) sur les communautés de plantes aquatiques en termes de diversité spécifique et fonctionnelle. L'effet de l'eutrophisation, le recrutement et l'établissement des communautés des plantes aquatiques a été abordé au travers de la relation entre la banque de graines et la végétation établie. L'eutrophisation est le facteur majeur responsable de la diminution de la biodiversité végétale dans les étangs. Cependant les perturbations récurrentes constituées par les assecs, engendrent une succession cyclique qui contribue à maintenir une forte biodiversité dans les étangs.