La biodiversité est de plus en plus modifiée par les activités humaines, ce qui a conduit à des recherches considérables sur l'effet de la biodiversité sur le fonctionnement des écosystèmes. Ces recherches ont cependant rarement inclu le stress anthropogénique qui cause la perte de biodiversité. Cette thèse analyse l'impact du stress (pesticides et métaux lourds) sur la relation entre la biodiversité et le fonctionnement des écosystèmes à la base de la chaîne alimentaire marine, avec des producteurs marins primaires (diatomées) et leurs principaux consommateurs (copépodes). Le premier résultat est que la pollution chimique altère la régularité plutôt que la richesse des espèces, avec un effet disproportionné sur le fonctionnement si un stress sélectif provoque la domination par des espèces tolérantes avec une faible contribution fonctionnelle. L'effet du stress sur le fonctionnement est prévisible sur la base d'une corrélation des traits biologiques prédisant l'abondance des espèces et des traits prédisant leur effet sur le fonctionnement. L'effet de la biodiversité sur le fonctionnement augmente sous l'effet du stress dû à une augmentation d'interactions facilitatrices entre les espèces (effet de complémentarité). L'effet du stress sur la qualité alimentaire des producteurs primaires réduit le transfert d'énergie au niveau des consommateurs, soulignant la pertinence du changement de biodiversité dans un contexte trophique. La thèse se termine par un cadre synthétique présentant les trois principaux effets (stress sélectif, stress physiologique, complémentarité) déterminant l'effet du stress sur la relation entre la biodiversité et le fonctionnement des écosystèmes. / Biodiversity is increasingly altered by human activities, which has led to considerable research on the consequences of biodiversity loss for ecosystem functioning. The anthropogenic stressors driving the ongoing biodiversity loss are however rarely included into biodiversity-ecosystem functioning experiments. The present thesis analyses the impact of anthropogenic stressors (pesticides, heavy metals) on the biodiversity-ecosystem functioning relation in marine primary producers (diatoms) and consumers (copepods). It was shown that chemical stress alters species evenness rather richness, with a disproportionate effect on functioning if stress causes dominance by tolerant species with a low functional contribution. Stress tolerance and the functional contribution were predictable based on the species’ biological traits, and the effects of stress on ecosystem functioning depended on the correlation of traits predicting species abundance and traits predicting the species’ effect on ecosystem functioning. The biodiversity effect on primary producer biomass production increased under stress due to facilitative interactions (complementarity effect). Stressor-induced biodiversity loss reduced the food quality of primary producers and impaired the energy transfer to the consumer level, highlighting the relevance of stressor-induced biodiversity changers in a trophic context. The thesis ends with a synthetic framework which puts forward the three main effects (selective stress, physiological stress, complementarity) through which anthropogenic stress affects biodiversity-ecosystem functioning relations at the basis of marine food webs.

La coïncidence des services écosystémiques ainsi que la coïncidence entre 'hotspots' de servicesécosystémiques et 'hotspots' de biodiversité ont suscité un intérêt croissant dans les évaluations desservices écosystémiques. Les seuils utilisés dans ces analyses pour déterminer la présence desservices écosystémiques varient de façon importante mais les effets consécutifs à leur choix n'ontpas été envisagés. Nous proposons ici une analyse de l'effet du choix de ces seuils sur lacoïncidence entre services écosystémiques ainsi que sur la distribution des 'hotspots'. A partir d'uneétude de prairies des Alpes Centrales françaises, nous avons fait varié des seuils appliqués à troisservices écosystémiques (agronomique, de régulation et de valeur esthétique) de façon continue,puis considéré des triplets de valeurs-seuils représentant trois points de vue contrastés associés à despoints de vue d'acteurs. Ces seuils sont interprétés comme une importance accordée par chaqueacteur à chaque service écosystémique.La coïncidence entre services écosystémiques dépend de la détermination de seuils de présence.L'étendue des 'hotspots' de services écosystémiques et leur coïncidence avec les 'hotspots' debiodiversité varient largement selon les points de vue. Les coldspots ne sont jamais superposés avecles zones d'intérêt pour la biodiversité dans cette étude, quel que soit le point de vue envisagé.L'analyse de superposition s'est révélée moins informative que le test de diagnostic de la capacitéindividuelle des services écosystémiques à capturer la distribution des autres services. La valeuragronomique capturait peu les autres services écosystémiques. La biodiversité était bien capturéepar les valeurs esthétiques et de régulation, mais faiblement par les ‘hotspots’ de services.Cette analyse souligne l'importance de considérer les attentes variables des teneurs d'enjeux dans lesévaluations de 'hotspots' de services écosystémiques. / The consequences of land use change and the impacts of agriculture on biodiversity and thefunctioning of ecosystems have received a growing attention since the end of the 20th century.Among other frameworks, some authors have called for an 'ecological intensification' of agriculture,defined as “all the processes of transformation of productive ecosystems towards higher yieldsproduced with reduced forcing of the agro-ecosytems”, with strong emphasis on the better uses ofecosystems functioning and services as inputs to production (Griffon 2009).This study aimed at disentangling the relations between ecosystem processes and ecosystemservices by quantifying the relative contributions of soil, management and plant communities to thevariations of seven relevant ecosystem properties associated with key grassland ecosystem services:above-ground biomass production at first harvest (ABM), fodder digestibility, plant speciesrichness, soil organic matter content (SOM), soil carbon content, total microbial biomass (TMB),and soil bacteria:fungi ratio (BFR), on a permanent grassland-dominated plateau in the French pre-Alps.Soil, management and plant communities showed complementary and confounded effects to thevariations of the set of ecosystem properties, and underpinned the bundling of ecosystem servicesand the tradeoffs among them. The bundling of ecosystem properties highlighted the trade-offbetween digestibility, the B:F ratio, and biomass production on the one hand, and species richnesson the other hand, associated with a gradient in LDMC confirming the relevance of the leafeconomics spectrum theory to analyses of ecosystem service trade-offs. The date of use showedsignificant effects on the variations of the set of ecosystem properties indicating the influence offine management factors on the provision of ecosystem services.

Deux écosystèmes forestiers lorrains (Clermont-en-Argonne CA et Azerailles AZ) développés sur des sols polycycliques ont un fonctionnement complexe du fait de la présence de deux matériaux différents au sein du profil de sol conduisant à une rupture texturale brutale. Ces sols possèdent de plus des stocks de calcium (Ca) et Magnésium (Mg) échangeables faibles dans la couche de limon de surface (pauvreté plus importante à CA qu’à AZ) et très grands dans l’argile profonde (égalité entre le sites). La différence de fertilité de surface entre les sites, peut s’expliquer en partie par une agrégation meilleure à AZ qu’à CA (où les agrégats dominants sont pauvres en matières organiques et argiles). Le sol de CA retient moins bien le Ca et le Mg que celui d’AZ, malgré des apports atmosphériques plus importants et une minéralisation rapide des litières. La richesse des horizons profonds en Ca et Mg échangeables sur les deux sites ne peut s’expliquer par les entrées classiques seules (dépôts atmosphériques et altération des minéraux). L’utilisation du traçage isotopique naturel de Sr, Ca et Mg, a permis sur ces deux sites, la mise en évidence du rôle de la nappe souterraine qui permet la recharge régulière de la CEC des horizons profonds du sol par simple échange d’ion en période hivernale. Les arbres ont mis en place une stratégie de prélèvement dans les horizons profonds pour pallier la pauvreté relative de leur surface. Cependant, les conséquences d’une fertilité limitée en Mg dans les horizons de surface, se traduit par une translocation interne significative de Mg avant la sénescence à CA. / Two forest ecosystems in Lorraine, France (Clermont-en-Argonne CA and Azerailles AZ) developed on polycyclic soils have a complex functioning due to the presence of two different materials within the soil profile, leading to an abrupt disruption in soil texture. Indeed, they have low exchangeable Ca and Mg stocks in the silty soil upper layers (with a greater poverty in CA than in AZ), and very large stocks in deep clayey layers. These differences in upper soil fertility between the studied sites can be partly explained by a weaker aggregation in CA than in AZ (with aggregates poor in organic matter and clays). The CA soil then holds less nutrients than AZ one, despite higher atmospheric inputs and more rapid mineralization of litter. The richness of the deep soil layers in both sites, cannot be explained by the two conventional inputs i.e. atmospheric deposition and mineral weathering, A third un-expected source was identify using Sr, Ca and Mg isotopes, i.e. a mineralized groundwater table, which allows the CEC recharging of the deep clay layers by simple ion exchange when its invades the subsoil during the winter period. Trees have developed an uptake strategy into these Ca and Mg rich clay layer, to overcome the relative poverty of the upper soil layers. However the consequence of the Mg limititation of the soil upper layers in CA is visible through the increase in the internal Mg-translocation before leaf senescence.

Les écosystèmes ultramafiques (serpentiniques) de Nouvelle-Calédonie sont considérés comme des « hotspots » de la biodiversité, notamment en raison des pressions adaptatives exercées par des conditions édaphiques drastiques. En effet, ces sols, résultant de l'altération naturelle du manteau océanique, sont composés de plus de 85% d'oxydes de fer, sont déficients en N, P, K, déséquilibrés en Ca/Mg et riches en métaux lourds (Ni, Cr, Mn, Co). Dans les associations entre végétaux et microorganismes du sol, les deux partenaires jouent un rôle essentiel dans l'adaptation aux conditions édaphiques, essentiellement au niveau de la tolérance aux métaux lourds. Dans notre étude, nous avons choisi des espèces endémiques du genre Tristaniopsis (Myrtaceae) comme plantes modèles pour étudier le rôle des champignons ectomycorhiziens et des bactéries associées à l'adaptation des plantes au nickel. Pour étudier l'effet des sols ultramafiques sur la diversité des ectomycorhizes et des bactéries mycorhizosphériques, ainsi que sur les déterminants génétiques de résistance/adaptation des bactéries associées, environ 150 ectomycorhizes ont été échantillonnées à partir de quatre sites ultramafiques (trois au massif du Koniambo et un dans la forêt de Desmazures) et deux non-ultramafiques reposant sur des sols volcano-sédimentaires (site d'Arama). La caractérisation génotypique et phylogénétique des ectomycorhizes et des bactéries mycorhizosphériques obtenues a révélé la présence d'une grande diversité de champignons (principalement Cortinarius, Pisolithus, Russula, Boletellus) et de bactéries (Pseudomonas, Burkholderia, Bacillus) dans les deux types de sols, avec une richesse spécifique particulièrement élevée dans les sols ultramafiques. De plus, les bactéries mycorhizosphériques provenant des sols ultramafiques avaient des proportions significativement plus élevées d'isolats portant les gènes nreB et cnrT que celles issues des sols volcano-sédimentaires. Une forte corrélation positive a également été observée entre l'occurence de ces gènes, connus pour conférer la tolérance aux métaux lourds chez les bactéries, et la tolérance des isolats au nickel en culture pure. La récente mise en évidence de souches bactériennes mycorhizosphériques Ni-tolérantes et promotrices de la croissance de Pisolithus albus en co-culture doivent permettre d'identifier des bactéries auxiliaires de la mycorhization qui pourront être ensuite exploitées dans le cadre de programmes de revégétalisation de sites ultramafiques miniers en Nouvelle Calédonie. / New Caledonian ultramafic (serpentine) ecosystems are considered as hotspots of biodiversity, partly because of the adaptative pressure exerted by drastic edaphic conditions. Indeed these soils resulting from natural weathering of oceanic mantle could be composed of up to 85 % of iron oxides and are deficient in N.P.K., unbalance for the Ca/Mg ratio and rich in heavy metals Ni, Cr, Mn, Co. Both plant and soil microbes play a vital role in the adaptation to soil conditions mainly heavy metal uptake and tolerance. In our study, we choose endemic species of the genus Tristaniopsis (Myrtaceae) as model plant to study the role of ectomycorrhizal fungi and associated bacteria in plant adaptation to nickel. To investigate the effect of ultramafic soils on ectomycorrhiza and mycorrhizosphere bacteria diversities as well as on the genetic determinants of resistance/adaptation of associated mycorrhizosphere bacteria, 200 ectomycorrhizas were sampled from four different ultramafic sites (3 in Koniambo and 1 in Desmazures forest) vs two non-ultramafic ones from volcano-sedimentary soils (Arama). Molecular characterization of ectomycorrhiza (rRNA ITS) and associated mycorrhizosphere bacteria (16S rRNA) from these samples showed the presence of different fungi (Pisolithus albus, Russula spp., Boletellus spp.) and bacteria (Burkholderia spp., Bacillus spp., Pseudomonas spp.) that can be found in both soils. However, bacteria isolated from ultramafic soils could grow in the presence of Ni up to 20 mmol L-1 and contained cnrA and nreB genes, known to confer heavy metal tolerance, contrary to bacteria isolated from non-ultramafic soils. Moreover, we found a strong positive correlation between heavy metal tolerance and P-solubilizing ability. Further knowledge on functional diversity of ectomycorrhiza-mycorrhizosphere bacteria associations and its role in the adaptation of plants to ultramafic soils would help in the understanding of plant functioning on New Caledonian mine sites.

Les interactions entre aquaculture et pêche captive, et la viabilité comme approche de gestion du risque dans l'exploitation des écosystèmes. / The world of fisheries is complex, dynamic and contested. At the core of fishery management lie technical challenges but also fundamental socioeconomic issues such as valuation and ownership. So far, as for other natural resources, fisheries resources have been largely over exploited and alarms from the scientific community on rapidly declining stocks and species disappearance have been repeatedly published. In what follows, I first strive to explain the repeated failures to manage fisheries in a sustainable way. In this perspective, I overview existing management instruments and the weaknesses of fisheries governance. Next, I raise the main challenges faced by the aquaculture industry to take over on capture fisheries, as a sustainable source of food security. This leads us to an introduction to the two first chapters of this dissertation, which focuses on the economic and ecological impacts of the expansion of aquaculture, and its implications for the capture fishery sector. Finally, I expose the complexity of managing harvested ecosystems under uncertainty, in practice. Thus, I present the third chapter of this dissertation which puts forward a theoretical management framework grounded in viability theory to deals with risk, ecosystem dynamics and conflicting sustainability objectives. In particular, I examine the different analytical possibilities provided by this framework to handle uncertain dynamics.

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.

Les aliments traditionnels provenant de la mer constituent un élément important du régime alimentaire des Inuits de l’Arctique canadien. Ils présentent plusieurs avantages nutritionnels, notamment des niveaux élevés d'acides gras énergétiques et de microéléments tels que le sélénium (Se). Le Se est essentiel à la santé humaine et les populations inuites affichent une concentration sanguine en Se parmi les plus élevées au monde. Contrairement à d'autres populations, le Se est principalement présent sous forme de sélénonéine, une forme organique de Se récemment identifiée. Des études suggèrent que la sélénonéine participerait à la détoxification du méthylmercure. Les animaux ne peuvent pas synthétiser la sélénonéine et nos connaissances sur l’origine et la distribution du Se et de la sélénonéine dans l’environnement marin arctique sont limitées. L’objectif de cette étude était donc de mesurer les concentrations totales de Se, de sélénonéine et de multiples biomarqueurs écologiques dans une vaste gamme d’organismes marins. Deux chaînes alimentaires (pélagiques et pélago-benthiques) ont été étudiées dans le cadre des projets Green Edge et BriGHT. Composition isotopique (δ¹⁵N, δ¹³C), abondance de biomarqueurs lipidiques (HBIs et acides gras) et concentration en Se et sélénonéine ont été déterminées au sein de tissus provenant d'espèces représentatives. Nos analyses ont révélé des concentrations élevées de Se chez plusieurs espèces de la chaine benthique, en particulierdans les tissus de bivalves et de morse. Chez le morse, la sélénonéine peut représenter jusqu'à 45% du Se total. Bien que l'origine de la sélénonéine reste incertaine, ces résultats, combinés avec ceux des analyses isotopiques et de biomarqueurs, suggèrent que la banquise constitue une source de Se pour les écosystèmes arctiques. La sélénonéine étant synthétisée par des bactéries et des champignons, il est probable que ces organismes, retrouvés dans les sédiments ou sur la peau des mammifères marins, en soit aussi la source en Arctique / Traditional foods from the sea have always been an important component of the diet of Inuit of the Canadian Arctic. These organisms provide several nutritional benefits, including high levels of energetic fatty acids and microelements such as selenium (Se). Se is essential to human health and Inuit populations exhibit among the highest blood levels of Se worldwide. In contrast to other populations, Se is mainly present in Inuit blood as selenoneine, a recently identified organic form of Se. Recent studies suggest that selenoneine may participate in methylmercury (MeHg) detoxification mechanisms. Animals cannot synthesize selenoneine and our knowledge about the origin and the distribution of Se and selenoneine in the Arctic marine environment is scarce. The main aim of this study was to determine total Se, selenoneine and multiple biomarker concentrations in a broad range of marine organisms.Two food chains (pelagic and pelago-benthic) were studied in the context of the GreenEdge and BriGHTprojects. Isotopic composition (δ¹⁵N, δ¹³C), abundance of lipid biomarkers (HBIs and fatty acids) and selenium and selenoneine concentrations were determined in tissues from representative species. Our analyses revealed high concentrations of Se in several species of the benthic food chain, particularly in bivalve and walrus tissues. In walrus, selenoneine accounted for up to 45% of total Se. Although the origin of selenoneine remains uncertain, these results, combined with isotopic and biomarker analyses, suggest that sea ice is a source of Se for Arctic ecosystems. Since selenoneine is synthesized by bacteria and fungi, it is likely that these organisms, found in the sediments or on the skin of marine mammals, are also the source in the Arctic.

Tableau d’honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2014-2015 / Six places-échantillons représentatives de la séquence temporelle écologique associée à la dégradation du pergélisol ont été sélectionnées sur un plateau silteux à pergélisol riche en glace à proximité d'Umiujaq, au Nunavik. Le présent travail a pour objectif de déterminer les changements qui se produisent dans les flux de chaleur entre les trois niveaux de l'écosystème (végétation / couverture de neige, couche active, pergélisol) ainsi que les rétroactions qui surviennent lors de la dégradation du pergélisol et à quantifier la vitesse de la transition à partir de photographies aériennes et la dendrochronologie. Pour répondre aux objectifs, la méthodologie utilisée suit le protocole du programme Adaptation et Dévelopement de l’Arctique sur le Pergélisol en Transition (ADAPT), intégrant l’analyse de données écologiques, climatiques, stratigraphiques et thermiques. Les résultats obtenus illustrent une évolution exponentielle des facteurs de dégradation du pergélisol sur une période estimée à environ 90 ans; lent durant les 60 premières années, et significativement plus rapide durant les 30 dernières années. / Six plots, representative of the regional ecological time sequence associated with permafrost degradation, were selected on a silty ice-rich permafrost plateau near Umiujaq, Nunavik. The objective of the present work is to determine the changes that occur in the flow of energy between the three layers of the ecosystem (vegetation / snow cover, active layer, permafrost) and the feedbacks that occur during the degradation of permafrost and to quantify the rate of the transition using time-lapse aerial photographs and tree ring analysis. In order to respond to these objectives, the methodology follows the ADAPT (Arctic Development and Adaptation on Permafrost in Transition) protocol, including ecological, climate, stratigraphic and thermal data analysis. The results show exponential evolution of permafrost degradation factors over a period of time of about 90 years; slowly during the first 60 years, and significantly faster during the last 30 years.

Les solutions fondées sur la nature (SFN) sont des systèmes d'ingénierie inspirés de la nature, tels que les zones humides, les cellules de biorétention, les toits verts, les sols poreux ou les jardins de pluie, qui peuvent offrir de nombreux avantages dans un environnement urbain. Elles sont de plus en plus étudiées par la communauté scientifique et considérées par les décideurs comme des actions durables permettant de relever de nombreux défis urbains liés au changement climatique et au développement socio-économique des villes. En effet, elles ont le potentiel de réduire les effets des îlots de chaleur urbains, d'améliorer l'esthétique, d'accroître la biodiversité, d'apporter une gestion de l'eau pluviale à la source, etc. Cette diversité de bénéfices rend l'utilisation de méthodes d'aide multicritère à la décision (AMCD) pertinente pour aider à la prise de décision pour la planification des NBS et ainsi maximiser les bénéfices qu'elles pourraient apporter à l'environnement urbain. Dans cette thèse, nous présentons un état des lieux de la pratique actuelle de la planification des NBS en nous intéressant de près à l'approche par scénarios et aux outils de conception et de planification pour la gestion des eaux pluviales les plus couramment utilisés. Nous présentons également un état des lieux des méthodes et outils AMCD et des processus participatifs qui permettent l'application de ces méthodes. De plus, nous effectuons une revue de littérature des outils et pratiques AMCD-SFN en examinant où ces pratiques sont appliquées, pourquoi et comment ce processus est mené, et qui y est impliqué. Les études sur la planification des SFN utilisant des méthodes AMCD impliquent rarement les parties prenantes au cours du processus et sont généralement menées sur la base d'une étude de cas unique, en utilisant des méthodes AMCD simplifiées et des outils SIG développés pour un contexte spécifique et qui ne sont pas partagés d'une façon ouverte et en ligne par leurs développeurs. Au regard de ces constats, cette thèse a développé i) une approche participative et collaborative impliquant les décideurs, les chercheurs et les parties prenantes pertinentes pour la planification des SFN en suivant la méthode AMCD MACBETH, ii) une méthode qui combine l'outil d'ingénierie de l'eau UrbanBEATS et la méthode MACBETH pour l'évaluation des alternatives d'implantation des SFN, iii) des lignes directrices pour les décideurs concernant l'utilisation des résultats, des méthodes et des outils afin de faciliter le transfert de connaissances et l'utilisation des résultats, et iv) une démonstration de la flexibilité et de l'adaptabilité de la méthode AMCD-SFN dans différents contextes géographiques, socio-politiques et urbains. Cette nouvelle méthode AMCD-SFN comporte cinq étapes : (1) identification des parties prenantes, (2) développement du modèle multicritère, (3) génération d'alternatives d'implantation des SFN, (4) évaluation des alternatives d'implantation des SFN, et (5) présentation et discussion des résultats avec les parties prenantes. Nous présentons trois études de cas avec des municipalités situées dans différents pays et continents : Trois-Rivières au Canada, Toulouse en France et Melbourne en Australie pour démontrer la pertinence et l'adaptabilité de la planification basée sur le AMCD-SFN pour soutenir le processus de prise de décision. / Nature-Based Solutions (NBS) are engineered nature-inspired systems such as wetlands, bioretention cells, green roofs, porous pavement or rain gardens that can provide many benefits in an urban environment. They are increasingly being studied by the scientific community and considered by decision-makers as sustainable actions to address many of the urban challenges associated with climate change and the socio-economic development of cities. Indeed, they have the potential to reduce urban heat island effects, improve aesthetics, increase biodiversity, manage stormwater at source, etc. This diversity of benefits makes the use of multicriteria decision analysis (MCDA) relevant to help decision making for NBS planning and then maximise the benefits they could bring to the urban environment. In this thesis, we present a state-of-the-art of the current practice of NBS planning with a close look at the scenario planning approach, and the different design and planning tools commonly used for stormwater management. We also present a state-of-the-art of the MCDA methods and tools and the participative processes that allow the application of these methods. Moreover, we carry out a critical literature review on MCDA-NBS tools and practices by looking where these practices are applied, why and how this process is conducted, and who is involved in it. We found that studies for NBS planning using MCDA rarely involve stakeholders during the process and are usually conducted on a single case study basis, using simple MCDA methods and GIS tools developed for a specific context and not shared online and open source by their developers. Therefore, this thesis developed i) a participatory and collaborative approach involving decision-makers, researchers, and relevant stakeholders for NBS planning following the MACBETH MCDA method, ii) a method that combines the UrbanBEATS water engineering tool and the MACBETH MCDA method for evaluating NBS alternatives, iii) guidelines for decision-makers in the use of results, methods, and tools to facilitate knowledge transfer and the usability of results, and iv) a demonstration of the flexibility and adaptability of the MCDA-NBS method to different geographical, socio-political, and urban contexts. This new MCDA-NBS method has five steps: (1) identifying stakeholders, (2) developing the multicriteria model, (3) generating NBS alternatives, (4) evaluating NBS alternatives, and (5) presenting and discussing results with stakeholders. We present three municipality case studies located in different countries and continents: Trois-Rivières in Canada, Toulouse in France and Melbourne in Australia, to demonstrate the relevance and adaptability of MCDA-NBS-based planning to support the decision-making process.

Afin de déterminer l'impact direct des changements climatiques sur la dynamique des coins de glace et le régime thermique du pergélisol, 16 sites d'échantillonnage dans la vallée de la rivière Narsajuaq (Nunavik, Canada) qui ont fait l'objet d'études substantielles sur les coins de glace en 1989 et 1990 ont été revisités entre 2016 et 2018. Les observations et les mesures démontrent qu'au cours des 25 dernières années, les coins de glace de la vallée de la rivière Narsajuaq ont subi une dégradation sans précédent de leurs excroissances, engendrant un approfondissement généralisé des étages principaux en raison de l'approfondissement de la couche active qui a atteint des profondeurs de 1,2 à 3,4 fois supérieures à celles de 1991. Le régime thermique des quatre principaux types de sols identifiés (organique sableux mince, organique sableux épais, organique épais et sables fluviatiles) dans la vallée a fait l'objet de simulations numériques afin de reproduire les changements de température du pergélisol depuis 1990 et de prévoir les variations de l'épaisseur de la couche active jusqu'en 2100. Au cours des dernières décennies, les coins de glace de tous les types de sol ont été actifs, se fissurant presque tous les ans, excepté en 2010, l'année la plus chaude jamais enregistrée. Pour le reste du 21ième siècle, les simulations prédisent l'arrêt complet de la fissuration du sol entre 2020 et 2095 en fonction du type de sol, des seuils de craquement et des scénarios climatiques choisis. Cependant, en prenant en compte la variabilité interannuelle du climat, il est très probable que plusieurs coins de glace cesseront de fissurer au cours des 20-30 prochaines années. La couche active a atteint une profondeur record en 2010, puis s'est amincie avec le refroidissement récent. Il est attendu qu'elle s'approfondisse suffisamment au cours des prochaines décennies pour causer une dégradation généralisée des coins de glace, ne laissant que des coins de glace fossiles en profondeurs dans le pergélisol d'ici la fin du siècle. Cette thèse propose également une nouvelle approche permettant d'améliorer les estimations des réserves de carbone dans le pergélisol arctique en se basant sur la photo-interprétation de la géologie de surface et des formes de relief ainsi que sur la reconstitution de l'histoire géologique du paysage. Une forte correspondance existe en effet, entre les formes du relief et les formations meubles d'une part et les stocks de carbone sous forme de matière organique dans les sols, d'autre part. / To determine the direct impact of climate change on ice-wedge dynamics and the permafrost thermal regime, 16 study sites in the Narsajuaq river valley (Nunavik, Canada) that were extensively studied for ice wedge between 1989 and 1991 were revisited between 2016 and 2018. Observations and measurements show that over the last 25 years, the ice wedges of the Narsajuaq river valley have experienced an unprecedented degradation of their upgrowth forms, resulting in a generalized deepening of their main stages due to the active layer reaching depths 1.2 to 3.4 times greater than in 1991. The thermal regime of the four main soil types identified (thin sandy peat, thick sandy peat, thick peat, fluvial sands) in the valley was modelled to reproduce permafrost temperature changes since 1990 and predict active layer thickness until 2100. In recent decades, ice wedges of all soil types have been active, cracking almost every year except in 2010, the warmest year on record. For the rest of the 21st century, simulations predict a complete cessation of soil cracking between 2020 and 2095 depending on the soil type, soil cracking threshold and the selected climate scenarios. However, based on the interannual variability of the climate in the region, it is very likely that ice wedges will stop cracking over the next 20-30 years. The active layer reached a record depth in 2010, then moved up with recent cooling. It is expected that the active layer will deepen sufficiently in the next few decades to cause widespread ice-wedge degradation, leaving only fossil ice-wedge roots deep in permafrost by the end of the century. This thesis also suggests a new approach to improve estimates of carbon stocks in Arctic permafrost based on image analysis of surface geology and landforms, as well as on the reconstitution of the geological history of Arctic permafrost landscapes. There is a strong connection between landscape features and surficial geology on the one hand, and carbon stocks as organic matter in soils on the other.