RESUME L’objectif de cette thèse est d’identifier les mécanismes qui concourent à la reconstitution de la végétation initiale et d’établir un ensemble d’indicateurs permettant la caractérisation des différentes séries écologiques de la dynamique post-culturale. Les processus de reconstitution de la végétation sont abordés, en mode synchrone, sur base de relevés phytosociologiques effectués dans des parties des réserves naturelles qui ont connu jadis des défrichements illicites et actuellement mises en défens pour des soucis de la restauration. Dans un premier temps, cette étude revient sur l’intérêt méthodologique de la courbe aire-espèces dans l’approche expérimentale de la surface optimale représentative d’un échantillon floristiquement homogène. Il apparaît que la diversité floristique des jachères est fonction du stade de la succession. L’aire minimale sur laquelle s’effectuent les relevés phytosociologiques varie selon l’âge de la jachère Dans un second temps, cette étude fournit des indicateurs permettant la caractérisation du processus de la reconstitution de la végétation initiale. L’individualisation des groupements montre que les jeunes jachères renferment des groupements culturaux et post-culturaux. La dominance des adventices de cultures, généralement annuelles ou bisannuelles, est confirmée. Les jachères des stades intermédiaires sont dominées par des groupements graminéens presque mono-spécifiques et les jachères des stades avancés par des groupements des forêts secondaires parfois savanicoles susceptibles de reconstituer les forêts denses. L’évolution des traits biologiques le long du gradient successionnel montre que les stades jeunes sont caractérisés par des thérophytes à diaspores sclérochores souvent anémochores contrairement aux stades âgés dominés par des phanérophytes à diaspores sarcochores essentiellement zoochores. De plus, la proportion d’espèces à large distribution diminue avec l’âge de la jachère contrairement aux espèces à distribution régionale. Enfin, l’intégration des indicateurs pertinents dans une seule variable permet la définition d’indices successionnels et de tester leur efficacité. Parmi trois indices définis, l’efficacité de deux indices (Indice successionnel de forme de vie et Indice successionnel de dispersion) s’est révélée significative. L’application de ces deux indices successionnels pertinents dans le suivi-évaluation des projets de restauration écologique permettrait donc de formuler des conclusions satisfaisantes. Leur utilisation dans les suivi de la dynamique post-culturale de nos stations a montré qu’ils permettent (i) de détecter le sens de la succession (régressive ou progressive), (ii) d’orienter le choix du type d’intervention (active ou passive) le mieux approprié, (iii) de fixer le seuil d’irréversibilité d’un écosystème et (iv) d’opérer des comparaisons entre écosystèmes et régions. La restauration écologique des stations de Ruvubu et Kigwena exigent un système de gestion durable et de conservation capable d’assurer la cicatrisation et la reconstitution de la végétation initiale. Les stations de Ruvubu et Rusizi nécessiteraient l’intervention active favorisant le développement d’espèces natives disparues et l’élimination ou le contrôle d’espèces exotiques invasives. Mots clés : écologie de la restauration, succession écologique, indicateurs, indices, traits biologiques, stratégies adaptatives, Burundi.

L’activité érosive des badlands marneux des Alpes du Sud présente des conséquences négatives pour l’homme qui a ainsi cherché à restaurer ces terrains dès le XIXème siècle. Depuis une dizaine d’années, une stratégie d’ingénierie écologique y est développée et se concentre sur les lits de ravines, pierres angulaires de leur restauration. La question appliquée à la base de ce travail de thèse est d’identifier comment l’implantation d’ouvrages de génie écologique dans lelit de ravines marneuses érodées favorise leur restauration écologique sur le long terme.L’objectif de recherche associé à cette question est de mieux comprendre comment des communautés végétales interagissent avec la restauration des sols de lits de ravines érodées sur le long terme. Nous avons fait l’hypothèse que les traits végétaux des plantes à l’échelle de communautés constituent un point d’entrée pertinent pour étudier ces interactions. Dans la première partie, nous avons utilisé les traits comme un outil de compréhension de l’effet mécanique des plantes sur les dynamiques géomorphologiques des lits de ravines en cours de restauration. Nous avons notamment montré que les traits permettent d’expliquer la capacité de communautés végétales implantées à favoriser la formation d’amas sédimentaires dans le lit des ravines durant la première décennie post-travaux. Dans la deuxième partie, nous nous sommes intéressés à l’évolution potentielle sur le long terme (centaine d’années) des propriétés de ces amas, constituant des sols en devenir. Nous avons montré que la diversité ainsi que les valeurs dominantes des traits végétaux influencent les propriétés de ces sols, notamment la stabilité des agrégats et la fertilité des sols. En plus d’être un outil de compréhension, nous montrons que cette utilisation des traits constitue un outil pour guider les actions de restauration de badlands via l’implantation d’ouvrages de génie écologique, en apportant des éléments sur le devenir géomorphologique et écologique post-travaux des systèmes sol-plante de lits de ravines. / In the French Southern Alps, severe erosion in marly badlands shows negative consequencesfor human populations, who worked to restore these terrains since the XIXth century. For adecade, an ecological engineering strategy is developed and focuses on gully beds, cornerstonesof their restoration. The operational question at the root of this PhD project is to identify towhat extent ecological engineering structures implanted in marly gully beds can foster theirlong-term ecological restoration. The scientific objective related to this question is to betterunderstand how plant communities interact in the long-term with the restoration of soils ingully beds. We hypothesized that plant traits at the community scale is a relevant entry point tostudy these interactions. In the first part, we used traits as a tool to study the mechanical effectof plants on geomorphological dynamics in gully beds under restoration. In particular, weshowed that traits enable us to explain the capacity of plant communities to favor theaccumulation of sediment mounds in gully beds during the first decade after ecologicalengineering works. In the second part, we concentrated on the potential long-term (century)evolution of the properties of these sediment mounds, in the process of becoming real soils. Weshowed that both trait diversity and dominant values of traits interacted with the properties ofthese soils, such as soil aggregate stability and soil fertility. With a strong multidisciplinaryapproach, this work provides results and insights on the interactions between plant traits andecosystem functioning in the specific case of highly eroded semi-natural ecosystems. It alsocontribute to set tools to restore badlands via ecological engineering works, by providinginformation about the long-term geomorphological and ecological evolution of soil-plantsystems in restored gully beds.

L'activité érosive des badlands marneux des Alpes du Sud présente des conséquences négatives pour l'homme qui a ainsi cherché à restaurer ces terrains dès le XIXème siècle. Depuis une dizaine d'années, une stratégie d'ingénierie écologique y est développée et se concentre sur les lits de ravines, pierres angulaires de leur restauration. La question appliquée à la base de ce travail de thèse est d'identifier comment l'implantation d'ouvrages de génie écologique dans lelit de ravines marneuses érodées favorise leur restauration écologique sur le long terme.L'objectif de recherche associé à cette question est de mieux comprendre comment des communautés végétales interagissent avec la restauration des sols de lits de ravines érodées sur le long terme. Nous avons fait l'hypothèse que les traits végétaux des plantes à l'échelle de communautés constituent un point d'entrée pertinent pour étudier ces interactions. Dans la première partie, nous avons utilisé les traits comme un outil de compréhension de l'effet mécanique des plantes sur les dynamiques géomorphologiques des lits de ravines en cours de restauration. Nous avons notamment montré que les traits permettent d'expliquer la capacité de communautés végétales implantées à favoriser la formation d'amas sédimentaires dans le lit des ravines durant la première décennie post-travaux. Dans la deuxième partie, nous nous sommes intéressés à l'évolution potentielle sur le long terme (centaine d'années) des propriétés de ces amas, constituant des sols en devenir. Nous avons montré que la diversité ainsi que les valeurs dominantes des traits végétaux influencent les propriétés de ces sols, notamment la stabilité des agrégats et la fertilité des sols. En plus d'être un outil de compréhension, nous montrons que cette utilisation des traits constitue un outil pour guider les actions de restauration de badlands via l'implantation d'ouvrages de génie écologique, en apportant des éléments sur le devenir géomorphologique et écologique post-travaux des systèmes sol-plante de lits de ravines.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Durant les 20 dernières années d'anciens bras latéraux du Rhin ont été restaurés par reconnexion au cours principal. L'objectif de cette thèse est d'évaluer l'efficacité de la restauration et de vérifier si l'écosystème aquatique a retrouvé sa fonctionnalité. Les communautés végétales aquatiques sont utilisées ici comme indicateurs de ces changements. De nombreux facteurs ont été mesurés : les communautés végétales, leurs traits biologiques, les flux et stocks de diaspores, la chimie de l'eau, du sédiment et des plantes, l'hydro-géomorphologie. Cette étude a été menée dans 9 sites restaurés et 3 sites de référence. Trois communautés végétales ont été identifiées : une "eutrophe", une "mésotrophe", et une "rhéophile". La composition de ces communautés est liée aux conditions physiques et trophiques, et aux flux de diaspores. Les reconnexions ont permis aux sites restaurés de retrouver des communautés et une fonctionnalité écologique semblables à celles des sites de référence. / During the last 20 years, side channels of the Rhine have been reconnected to the main course. The objective of this thesis is to assess the efficiency of restoration and the recovery of the ecosystems functionality. The aquatic plant communities were used as indicators of changes. Many factors were monitored: plant communities, their biological characteristics, flux and bank of propagules, the chemistry of water, sediment and plants, hydro-geomorphology. This study was conducted in 9 restored sites and 3 reference sites. Three aquatic plant communities were identified: eutrophic, mesotrophic and rheophilic. The composition of these communities is first linked to physical conditions and second to trophic level, together with flux of propagules. Reconnections allowed the restored sites to exhibit communities and ecological functioning similar to reference sites, in a relatively short time.

Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Durant les 20 dernières années d'anciens bras latéraux du Rhin ont été restaurés par reconnexion au cours principal. L'objectif de cette thèse est d'évaluer l'efficacité de la restauration et de vérifier si l'écosystème aquatique a retrouvé sa fonctionnalité. Les communautés végétales aquatiques sont utilisées ici comme indicateurs de ces changements. De nombreux facteurs ont été mesurés : les communautés végétales, leurs traits biologiques, les flux et stocks de diaspores, la chimie de l'eau, du sédiment et des plantes, l'hydro-géomorphologie. Cette étude a été menée dans 9 sites restaurés et 3 sites de référence. Trois communautés végétales ont été identifiées : une "eutrophe", une "mésotrophe", et une "rhéophile". La composition de ces communautés est liée aux conditions physiques et trophiques, et aux flux de diaspores. Les reconnexions ont permis aux sites restaurés de retrouver des communautés et une fonctionnalité écologique semblables à celles des sites de référence.

Les changements globaux, notamment les changements d'usage des terres, modifient profondément le fonctionnement des écosystèmes et la biodiversité et, ont déjà impacté de nombreux services écosystémiques. La disparition de ces écosystèmes souligne la nécessité de préserver les zones intactes, et la restauration des zones détruites ou perturbées peut permettre de venir en appui aux efforts de conservation et minimiser les dommages. Ce travail a pour objet d’étude les campos rupestres, des pelouses néotropicales d’altitude, faisant partie du Cerrado (savane brésilienne), qui recèlent une importante biodiversité et qui, comme bien d'autres écosystèmes de montagne, fournissent de précieux services écosystémiques tels que la filtration de l’eau. Ils ont été, et sont encore, grandement affectés par les activités humaines (les travaux de génie civil, les carrières ou les mines). Le premier objectif de cette thèse était de décrire l'écosystème de référence, afin de définir clairement un objectif de restauration et mesurer les progrès et le succès de la restauration. Nous avons montré que les campos rupestres sont composés d'au moins deux communautés végétales distinctes (une avec un substrat caillouteux et l’autre avec un substrat sableux), chacune ayant une composition en espèces et une structure particulières ainsi qu’une grande biodiversité. La phénologie reproductive varie au sein des communautés herbacées: la majorité des espèces fleurissent et fructifient pendant la saison des pluies, d'autres se reproduisent en revanche durant la saison sèche. Tout au long de nos 2 années de suivis phénologiques, certaines espèces dominantes, notamment des Poaceae, n'ont pas été observées en fleur impliquant une dispersion limitée de ces espèces vers les zones dégradées. Les communautés végétales de campos rupestres ne sont pas résilientes aux fortes perturbations: plusieurs années après, presque aucune des espèces cibles n’ont été trouvées en zones dégradées, les sols ont complètement été modifiés et les banques de graines ne se sont recomposées qu’avec des espèces rudérales non désirées. Selon le modèle des filtres, une communauté résulte d’un pool régional d’espèce sélectionné par un ensemble de filtres : de dispersion, abiotique et biotique. Les interventions de restauration mises en place avaient pour but d’agir sur ces différents filtres afin de diriger la dynamique des communautés végétales. Nous avons mis en place trois protocoles de restauration in-situ (le transfert de foin, la translocation d’espèce et la translocation de plaque de végétation) pour restaurer les deux types de communautés de campos rupestres identifiées. Le transfert de foin n’a pas permis la restauration des communautés végétales de campos rupestres en raison de l’importante altération des sols et, surtout, à cause de la mauvaise qualité des graines. En effet, nos études de germination ont montré que, alors que certaines espèces de Xyridaceae et Velloziaceae germent très bien, certaines espèces dominantes de Poaceae, de Cyperaceae ou d’Asteraceae ont des graines soit vides, soit non viables, soit dormantes ; le semis se révèle alors peu efficace. Nous n’avons pas mis en évidence d’effet positif du feu sur la germination des espèces de campos rupestres. La translocation d'espèces s’avère un succès pour une seule espèce, Paspalum erianthum. Pour les autres, les dommages causés au niveau des racines lors de la translocation limitent probablement leur survie. Enfin la translocation de plaques de végétation s’avère être la méthode la plus efficace permettant à de nombreuses espèces d’être réintroduites en zones dégradées. En raison de la faible résilience des campos rupestres dans lesquels les plaques de végétation ont été prélevées, cette méthode ne peut être envisagée que pour sauver des habitats dans le cas extrême où leur destruction est inévitable. Face à la difficulté de restaurer les campos rupestres, leur protection et leur conservation doit être une priorité / Global environmental changes, especially land-use changes, have profound effects on both ecosystem functioning and biodiversity, having already altered many ecosystem services. These losses emphasize the need to preserve what remains; however when conservation programs are not sufficient, restoring areas that have been destroyed or disturbed can improve conservation efforts and mitigate damages. This work focuses on campos rupestres, Neotropical grasslands found at altitudes, which are part of the Cerrado (Brazilian savannas). They host a great biodiversity with a high level of endemism and, like other mountain ecosystems, provide valuable ecosystem services, such as water purification and recreational services. They have been and still are being impacted by human activities, such as civil engineering construction, quarrying or mining. The first objective of this thesis was to describe the reference ecosystem in order to aim for a clear restoration target and to monitor progress and success. We show that campos rupestres are composed of at least two distinct plant communities (i.e. sandy and stony grasslands), each having a specific composition and structure, hosting a great biodiversity. Several phenological patterns occur among the herbaceous communities: the majority of species flowers and fruits appear during the rainy season but other patterns can be observed. During our 2-year survey, some dominant species belonging to Poaceae, among others, were not observed reproducing, which implies limited chances to disperse on degraded areas. Campo rupestre vegetation is not resilient following a strong disturbance: several years after the disturbance, almost no native species are encountered on the degraded areas, soils are completely altered and seed bank recomposes only with non-target ruderal species. According to the filter model, a local community is a subset of the regional species pool determined by a set of dispersal, abiotic and biotic filters. Acting on the different filters to influence the plant community was the core of our restoration interventions. We then applied three in-situ restoration protocols (hay transfer, species translocation and turf translocation) to restore both kinds of grassland. Hay transfer does not allow the restoration of campo rupestre vegetation because of soil alteration and mainly because of poor seed quality. Indeed, germination studies show that, while some Xyridaceae and Velloziaceae have a high germinability, some dominant Poaceae, Cyperaceae or Asteraceae species have embryoless, unviable or dormant seeds, which makes seeding less efficient. There is no evidence that fire-related cues enhance germination in campos rupestres. Species translocation is successful for only one species, Paspalum erianthum; for the others, root damages probably impede survival. Finally, turf translocation is the most successful method, since numerous species are re-introduced on degraded areas. However due to the low resilience of pristine campos rupestres where turfs are taken from, turf translocation can only be considered in the case of habitat rescue, in circumstances when complete habitat destruction is otherwise unavoidable. Face to the difficulty to restore these peculiar grasslands, the protection and the conservation of campos rupestres must be made a high priority

Since human beings began to use and shape the land, their influence on their<p>environment has kept on growing so that little or no ecosystem in the world is now<p>considered as untouched. This induces pressures on ecosystem health and land scarcity.<p>Africa is of particular concern because it still presents broad undisturbed zones and<p>key ecosystem services, despite being submitted to increasing anthropogenic pressures.<p>Landscape ecology appears suitable for the study of such phenomena, thanks to its spacebased<p>integrative nature and geographical level of focus. It studies the impact of spatial<p>pattern transformation — especially heterogeneity and its components — on ecological<p>processes and provides powerful analytical tools of landscape anthropisation.<p>The main objective of this thesis is to organise the concepts and methods, from<p>landscape ecology and related disciplines, into a consistent logic, to pinpoint missing<p>analytical frameworks for response-oriented anthropisation assessment, and to apply them<p>to African cases to explore the spatial patterns of anthropisation. In order to address<p>landscape anthropisation, we assemble diverse disciplines into a logical network (DPSIR).<p>The new theoretical framework is tested on Lubumbashi (DRC). In order to address<p>spatial patterns, we first evaluate the thermodynamic connection of the term entropy in<p>landscape ecology: spatial heterogeneity, unpredictability and scale influence. Then, based<p>on 20 landscapes, we highlight the complex relationship between spatial heterogeneity<p>and landscape anthropisation. We finally use the modelled relationships to test the<p>anthropogenic origin of the spatial pattern of a land cover class in Lubumbashi.<p>The main results of this research show that several concepts are used to describe different<p>aspects of anthropisation and that its quantification strongly depends on the reference states.<p>Data formats can be combined into a new assessment method ensuring more precision<p>and comparability, but a good field knowledge is required. As for heterogeneity, the<p>existing definitions of landscape entropy follow the logic of thermodynamics or information<p>theory, that are not compatible. Only unpredictability could be properly interpreted in<p>thermodynamic terms if energy transfer measurements were performed at the appropriate<p>level. The anthropogenic effects on heterogeneity completely diverge depending on the<p>amount of already anthropised surface, on the land cover type (natural or anthropogenic),<p>and on the heterogeneity components.<p>The aforementioned findings could be adapted to include functional aspects and<p>better address the relationship between spatial pattern and ecological processes. Such<p>integration would help designing response actions that can recommend human activities<p>and spatial patterns that could optimise the use of land to ensure ecological functioning<p>while supporting human development. / <p>L’influence croissante de l’homme sur son environnement affecte désormais le monde<p>entier, ce qui induit des pressions sur la santé des écosystèmes et raréfie les ressources<p>en terres. L’Afrique présente un intérêt particulier à cet égard car elle contient de vastes<p>zones quasi vierges et fournit des services écosystémiques importants mais est soumise<p>à des pressions anthropiques croissantes. L’écologie du paysage étudie ces phénomènes<p>de façon intégrative au moyen de sa composante spatiale et de son échelle d’intérêt. Elle<p>étudie l’impact des transformations de la structure spatiale — en particulier l’hétérogénéité<p>et ses différentes composantes—sur les processus écologiques et fournit de puissants outils<p>analytiques de l’anthropisation.<p>L’objectif de cette thèse est d’organiser les concepts et méthodes de différentes disciplines<p>de façon à mettre en évidence leurs forces et faiblesses pour proposer une nouvelle<p>quantification de l’anthropisation, orientée vers la gestion, et de la tester sur des paysages<p>africains pour examiner la structure spatiale de l’anthropisation. Le DPSIR est utilisé pour<p>assembler les différents concepts. La nouvelle méthodologie est testée sur Lubumbashi<p>(RDC). Ensuite, le lien entre la thermodynamique et l’utilisation du terme entropie en<p>écologie du paysage est examiné. Vingt paysages servent alors à mettre en évidence la<p>complexité de l’impact de l’anthropisation sur l’hétérogénéité du paysage. Enfin, cette<p>modélisation sert à mettre en évidence l’origine anthropique de la structure spatiale d’une<p>classe d’occupation du sol à Lubumbashi.<p>Les résultats principaux de cette recherche sont que pléthore de termes sont utilisés<p>pour représenter différents aspects de l’anthropisation et que sa quantification dépend de<p>la définition d’états de référence. Cependant, la combinaison de différents formats de<p>données peut aboutir à une nouvelle méthodologie plus précise et adaptable, mais cela<p>nécessite une bonne connaissance de terrain. Les définitions de l’entropie dépendent soit de<p>la thermodynamique soit de la théorie de l’information, qui ne sont pas compatibles. Seule<p>l’imprévisibilité pourrait être interprétée thermodynamiquement, si les mesures de transfert<p>d’énergie étaient effectuées à l’échelle appropriée. L’impact humain sur l’hétérogénéité<p>diverge selon la quantité de surface déjà anthropisée, le type de couverture du sol pris en<p>compte ainsi que les composantes de l’hétérogénéité mesurées.<p>Ces découvertes peuvent être adaptées pour intégrer des aspects fonctionnels de la<p>structure spatiale et mieux cerner le lien entre celle-ci et le fonctionnement écologique, ce qui<p>permettrait de proposer des activités humaines et des structures spatiales qui optimiseraient<p>l’utilisation des ressources en sol pour assurer tant le fonctionnement écologique que le<p>développement humain. / Doctorat en Sciences agronomiques et ingénierie biologique / info:eu-repo/semantics/nonPublished