Les écosystèmes alpins, au même titre que les écosystèmes arctiques, séquestrent des quantités importantes de carbone dans leurs sols. Dans ces écosystèmes, la topographie locale détermine la répartition de la neige; un facteur qui, sur le court terme, affecte les paramètres physiques de l'environnement (effets directs) et qui, sur le long terme, a sélectionné des communautés végétales et microbiennes très différentes aux deux extrêmes du gradient de mésotopographie (effets indirects). Au regard des modifications futures des régimes d'enneigement prédits par les différents modèles climatiques, cette étude vise à explorer les contrôles directs et indirects exercés par l'enneigement sur la fixation du CO2 et la minéralisation du carbone organique dans les écosystèmes alpins. Les paramètres physiques des sols (eau et température) ont été mesurés pendant plusieurs années révélant les effets directs. Afin de quantifier les effets indirects de l'enneigement sur les flux biogéochimiques, nous avons utilisé les caractéristiques fonctionnelles des végétaux (leurs traits). Différentes approches (mesures in situ, manipulations expérimentales et modélisation) ont été employées. Cette étude démontre que la fixation du carbone le long des gradients de mésotopographie est à la fois déterminée par les traits fonctionnels végétaux, les propriétés des canopées et la longueur de la saison de végétation. Un allongement de la saison de végétation devrait entraîner une augmentation marquée de la production primaire si les événements de gel en début de saison de végétation demeurent limités. La minéralisation du carbone est au contraire largement dépendante de la qualité de la matière organique contenue dans les sols. Des changements de composition en traits fonctionnels de la végétation, notamment ceux affectant les concentrations en lignine des litières, devraient avoir un impact déterminant sur les vitesses de minéralisation de la matière organique. Enfin, l'étude des flux de carbone et d'azote dans les plantes dominantes et à l'interface plante – sol révèle un couplage temporel et spatial essentiel chez les espèces dont la croissance est limitée par la longueur de la saison de végétation. Ce couplage apparaît plus limité dans les communautés végétales bénéficiant d'une plus longue saison de végétation. L'évolution des flux et stocks de carbone au sein des écosystèmes alpins dans un contexte de changement climatique est discutée.

La biodiversité et le fonctionnement des écosystèmes sont des propriétés écologiques essentielles qui ont une incidence sur le bien-être humain. Des études sur la manière dont les deux biens sont affectés par les activités humaines et par le changement climatique fournissent les connaissances indispensables pour orienter la gestion des ressources naturelles. Les données de rétroobservation à long terme permettent de reconstituer l’histoire environnementale passée et offrent d’excellentes opportunités d’acquérir de telles connaissances. L'ADN sédimentaire est un outil émergent permettant de reconstituer la biodiversité passée détaillée au niveau du bassin versant, grâce à son excellente résolution taxonomique et à ses origines très localisées. Cependant, les études antérieures basées sur l'ADN sédimentaire utilisaient rarement le riche arsenal de méthodes d'analyse écologique numérique existantes, développées pour différents types de données écologiques. Dans la présente thèse, nous avons examiné les applications potentielles de telles méthodes sur des études basées sur l'ADN sédimentaire. Avec plusieurs exemples d’études, nous avons montré comment ces méthodes peuvent optimiser les connaissances acquises lors de l’analyse d’ensembles de données multiproxy comprenant des enregistrements sédimentaires d’ADN, de sédimentologie et climatiques. Malgré certaines limitations, l’analyse numérique basée sur l’ADN sédimentaire combinée aux enregistrements de proxies traditionnels est un outil puissant pour démêler les interactions complexes écosystémiques. Les futurs progrès méthodologiques dans l'analyse de l'ADN et les méthodes numériques sont prometteurs pour fournir une compréhension inestimable sur les facteurs de changement de la biodiversité et du fonctionnement des écosystèmes à grande échelle spatiale et temporelle. / Biodiversity and ecosystem functioning are crucial ecological properties that impact human welfare. Studies on how both properties are affected by human activities and by climate change provide indispensable knowledge to guide natural resource management. Long-term retro-observational data allow to reconstruct past environmental history and offer excellent opportunities to gain such knowledge. Sedimentary DNA is an emerging tool to reconstruct detailed past biodiversity in catchment level, thanks to its excellent taxonomic resolution and highly localized origins. However, previous studies based on sedimentary DNA rarely utilized the existing rich arsenal of numerical ecological analysis methods, which are developed for various types of ecological data. In the present thesis we reviewed the potential applications of such methods on sedimentary-DNA-based studies. With several example studies, we showed how these methods can maximize the knowledge gained from the analysis of multiproxy datasets that included sedimentary-DNA-, sedimentological- and climate records. Despite some limitations, numerical analysis based on sedimentary DNA combined with traditional proxy records is a powerful tool to unravel complex ecosystemic interactions. Future methodological advancements in both DNA analysis and numerical methods are promising to provide invaluable understanding over the drivers of changes in biodiversity and in ecosystem functioning across large spatial and temporal scales.