La répétitivité de l’Eastern Mediterranean Transient et le changement climatique affecte les écosystèmes marins du Levantin. La compréhension des réponses du zooplancton à ces variations est donc d’une importance majeure pour les services écosystèmiques. Ce travail est le premier à étudier la variabilité saisonnière et interannuelle et les spectres de taille du zooplancton en relation avec l’environnement au point B2 (N34º14.856 ; E35º36.067, Liban Nord). Dans ce contexte, une série temporelle unique de 14 ans a été effectuée avec un filet de 52 µm et analysée à l’aide d’un système d’imagerie semi-automatique, le Zooscan, pour détecter un changement dans le système pélagique. Les résultats ont montré que la biomasse maximale du zooplancton a été couplée au bloom phytoplanctonique printanier. Alors qu’une abondance maximale de petits organismes a été observée en été suggérant une période de recrutement des organismes. Suite à l’EMT-like en 2005, la salinité a augmenté dans la zone d’étude et tout le bassin. L’abondance et la biomasse du zooplancton ont augmenté subitement, lié à une augmentation probable de la production du phytoplancton cependant masquée par un possible contrôle de type "top down". L’enrichissement de la couche de surface en nutriments anthropiques a mené à des périodes ponctuels plus ou moins productives. La structure en taille du zooplancton a varié en fonction des facteurs hydrologiques. L’analyse des pentes a présenté une variabilité interannuelle liée aux abondances du zooplancton. Tandis que les formes ont montré une domination des individus de grandes tailles en hiver et au printemps. Cette mesure automatique peut être utilisée comme proxy de changement dans l’écosystème pélagique. / The occurring of the cyclic Eastern Mediterranean Transient and the climatic change have effects on the Levantine marine ecosystem. Understanding the response of zooplankton to such variations is of importance for ecosystem services. This thesis represents a pioneer study in enlightening the seasonality and the interannuality, as well as the spectra size of the zooplankton at a fix point B2 (N34º14.856; E35º36.067, North Lebanon). In this context, a 14 years unique time-series was conducted by a 52 µm mesh size net and analyzed with a powerful synthetic index, the Zooscan to monitor changes in the pelagic system. The results found that the maximum zooplankton biomass was coupled to the phytoplankton spring bloom, whereas abundances increased in the summer possibly due to the recruitment. Following the EMT-like in 2005, the salinity increased in the study area and the whole basin. Zooplankton abundance and biomass increased abruptly possibly related to the enhanced primary production which is hidden by the "top down" control by zooplankton. Moreover, the nutrients enrichment of anthropogenic origin at the sea surface characterized the site by more or less productive occasional periods. The zooplankton size structure has also changed along the period depending on the hydrological factors. The spectral slope analysis showed an interannual variability according to the abundances. While the spectra shape analysis displayed a domination of big size individuals during winter and spring seasons. This automatic measurement highlighted the efficiency of detecting changes in zooplankton that can be related to broader ecosystem perturbation.

Les microhabitats portés par les arbres (dendro‐microhabitats), comme les cavités, sont nombreux dans les forêts naturelles. Une revue de la littérature a révélé qu'ils sont des ressources d'habitat évolutives, temporaires, et déterminantes pour la bio‐complexité des écosystèmes forestiers. Leur étude est cependant récente et les connaissances sont par conséquent fragmentaires. En forêt exploitée, les dendro‐microhabitats sont des objets sylvicoles simples et bien catégorisés, souvent comme des défauts de l'arbre dévaluant sa valeur commerciale. Comment concilier alors le maintien d'objets écologiques cruciaux et les objectifs économiques de production de bois de haute qualité marchande ? Ce travail de thèse avait comme objectifs d'une part de contribuer à une meilleure qualification du rôle écologique des dendro‐microhabitats pour la biodiversité et, d'autre part, de fournir des éléments de réponse pratiques aux gestionnaires d'espaces forestiers soucieux d'intégrer la conservation d'une diversité d'espèces dans leur gestion courante. Il a nécessité la mise en place de 1028 placettes dans 210 forêts françaises dans lesquelles nous avons observé environ 55 000 arbres. Nous avons étudié les relations entre les dendromicrohabitats et la richesse et la composition spécifiques de neuf taxons. Dans le cadre de l'analyse des caractéristiques‐clés de l'arbre et du peuplement pour les dendro‐microhabitats, nous avons montré que l'association des variables essence et diamètre explique respectivement 26 % et 31 % de la variance de l'occurrence des dendro‐microhabitats et de leur diversité dans les hêtraies‐sapinières inexploitées depuis plus de 100 ans. Nous avons défini des seuils de diamètre significatifs pour l'occurrence et la diversité des dendro‐microhabitats portés par le Hêtre (Fagus sylvatica L.) et le Sapin pectiné (Abies alba Mill.). D'autre part, la densité de dendro‐microhabitats et le volume de bois mort ainsi que leurs diversités respectives sont relativement constants tout au long du cycle sylvigénétique des forêts mixtes de montagne. Les feuillus secondaires jouent un rôle crucial dans la régulation de ces stocks en les complétant dans les phases où les dryades fournissent peu de dendro‐microhabitats et de bois mort. Un minimum de 10 hectares est nécessaire pour observer toute la diversité des dendro‐microhabitats. Dans les forêts exploitées, nous avons observé des patrons d'occurrence des dendro‐microhabitats drastiquement différents de ceux observés dans les forêts inexploitées depuis plus d'un siècle : les dendro‐microhabitats y sont toujours moins diversifiés et la densité relative de chaque type est modifiée. Après arrêt de l'exploitation, la reconstitution des stocks de dendro‐microhabitats est lente dans les forêts feuillues de plaine. Un arrêt de l'exploitation pendant 30 années est insuffisant pour observer une reconstitution du stock de dendro‐microhabitats dans tous les contextes et pour changer significativement les communautés de Coléoptères saproxyliques. En mesurant la contribution des dendro‐microhabitats à la biodiversité, nous avons observé que la densité d'arbres porteurs de cavités et de sporophores de champignons lignivores est une variable structurante pour la composition des assemblages et la richesse spécifique des Coléoptères saproxyliques. La densité d'arbres porteurs de dendro‐microhabitats et d'arbres porteurs spécifiquement de bois dur sans écorce ou de sporophore de polypores est significativement corrélée à la richesse spécifique des polypores. Le degré d'ouverture du peuplement ou les conditions climatiques locales affectent, dans certains cas, ces relations. Afin d'harmoniser les futurs protocoles de recherche sur les dendro‐microhabitats et de faciliter le partage des données, nous avons proposé une typologie hiérarchique de référence des dendro‐microhabitats. / Tree microhabitats, such as cavities, are diverse and abundant in natural forests. A literature review revealed that they are dynamic and temporary key habitat resources for the complexity of forest ecosystems. However, since their study is recent, they are still poorly known. In harvested forest, tree microhabitats are well categorized as silvicultural items, mostly as wood defaults decreasing its commercial value. Therefore, how to reconcile the retention of ecological objects crucial for biodiversity and the production of high‐quality timber? This PhD thesis aimed, on the one hand, at participating to better qualify the ecological roles of tree microhabitats for forest biodiversity and, on the other hand, at giving practical recommendations to forest managers who integrate the conservation of species diversity in their usual management. 1028 plots were set up in 210 French forests to observe about 55,000 trees. We studied the relationships between tree microhabitats and species richness and composition of 9 taxa. Through the analysis of key features for tree microhabitats at the tree and stand levels, we showed that tree species and diameter at breast height explain 26 and 31 % of the variations in microhabitat occurrence and diversity, respectively, in beech‐fir forest unlogged for more than 100 years. We highlighted significant diameter thresholds for the occurrence and diversity of microhabitats borne by beech (Fagus sylvatica L.) and silver fir (Abies alba Mill.). Furthermore, tree microhabitat density, deadwood volume and their diversity were shown to be roughly constant throughout the silvigenetic cycle in mountain mixed forests. Secondary tree species play a crucial role in the regulation of deadwood and microhabitat pools, especially during the phases where the dryad trees supply a low amount of microhabitats and deadwood. A surface of unharvested forest more than 10 hectares in area is necessary to observe the whole microhabitat diversity. Microhabitat occurrence patterns in logged forests were drastically different from those observed in forests unlogged for more than one century: tree microhabitats were systematically less diverse and the relative density of microhabitat types was modified. Moreover, the restoration of tree microhabitat pools was slow in set‐aside plain broadleaved forests. More than 30 years without harvests were not sufficient to observe the restoration of the tree microhabitat pool and significant changes in saproxylic beetle communities in all forest contexts. We measured the contribution of tree microhabitats to biodiversity, and we observed that the density of cavity‐ and fungus‐bearing trees were significant drivers for species richness and composition of saproxylic beetle assemblages. The density of trees bearing microhabitats, especially bark losses, significantly influenced the species richness of polypores. The stand openness and local climatic conditions affected these relationships in several forest‐taxon cases. We proposed a reference hierarchical typology of tree microhabitats in order to harmonize survey protocols and to facilitate data sharing in the future. Furthermore, we improved the consideration of tree microhabitats in an integrated management tool, i.e. the Potential Biodiversity Index (PBI). We also included the tree microhabitat pool into a simulation model of mountain forest dynamics (Samsara 2). Apart from being relevant management tools in conservation biology, tree microhabitats stand for natural microcosms available to further fundamental ecological researches. We hope that our work will help foresters to have a new insight on their managed forests.

La partie nord du Système du courant de Humboldt (NSCH) couvre moins de 0.1% de la surface océanique mondiale mais produit plus de poisons, en particulier d'anchois du Pérou (Engraulis ringens), par unité de surface que n'importe quelle autre région du monde. Bien que ce système produise suffisamment de macrozooplancton pour alimenter les populations de poisson fourrage, le manque d'informations sur ce compartiment limite nos capacités d'étude. L'objectif de cette thèse est d'étudier la dynamique de la distribution spatiotemporelle de la biomasse en macrozooplancton du NSCH en relation avec l'environnement physique et les poissons fourrage, à différentes échelles. Pour ce faire une méthode acoustique bi-fréquences a été développée et appliqué à des séries de données acoustiques historiques. Des informations à haute résolution ont ainsi pu être extraite sur la biomasse et les patrons de distribution du macrozooplancton, de la galathée pélagique 'munida', des poissons et des autres compartiments. Cette méthode nous a également permis d'estimer l'extension verticale de la communauté épipélagique (ZVEEC). Nous avons démontré que ZVEEC coïncide avec la limite supérieure de la zone de minimum d'oxygène (ZMO), ce qui permet de produire des donnés spatialisées à haute résolution de la limite supérieure de la ZMO et d'estimer le volume d'habitat de l'anchois. Notre estimation de biomasse en macrozooplancton, environ quatre fois supérieures aux estimations antérieures, est en accord avec les découvertes récentes sur l'écologie trophique des poissons fourrage du NSCH et fournit des éléments étayant les théories actuelles sur l'origine de la haute productivité en poissons du NSCH. L'étude des impacts des structures physiques de submeso- et mesoéchelle sur la distribution du macrozooplancton supporte l'hypothèse d'une structuration de type 'bottom-up'. Nous avons également mis en évidence l'impact de la structuration spatiale du macrozooplancton sur la distribution des poissons fourrage. Les données physiques et biologiques à haute résolution obtenues grâce à cette étude ouvrent de nouvelles perspectives pour réaliser des études écologiques intégrées à échelles multiples et pour calibrer les modèles biogéochimiques, trophiques ou End-to-End. / The Northern Humboldt Current system (NHCS) represents less than 0.1% of the world ocean surface but produces more fish, mainly Peruvian anchovy (Engraulis ringens), per unit area than any other region in the world. Although this system produces enough macrozooplankton to feed its high production of forage fish, the paucity of information on zooplankton hampers research in the system. The objective of this study was to investigate the multiscale dynamics of the spatiotemporal distribution of the macrozooplankton biomass off Peru in relation to the physical environment and their fish predators. For that a bi-frequency acoustic method was developed and applied to extract, from historical acoustic data, high-resolution information on the biomass and the patterns of distribution of macrozooplankton, the pelagic red squad 'munida', fish and other marine compartments. This method also allows estimating the vertical extension of this epipelagic community (ZVEEC). We demonstrated that ZVEEC coincide with the upper limit of the oxygen minimum zone (OMZ), which allowed both producing high-resolution spatial data of the upper limit of the OMZ and estimating the volume habitat of anchovy. The estimated macrozooplankton biomass was about four times higher than previously reported. This estimate is in agreement with the recent findings on forage fish trophic ecology and supports the current hypotheses explaining the NHCS high fish production. The study of the impacts of the submeso- and mesoscale physical structures on macrozooplankton provided evidence of the bottom-up physical effect on the distribution of macrozooplankton biomass. We also found further evidence of the structuring bottom-up effect that macrozooplankton exert on forage fish. The high-resolution biological and physical data obtained in this study opens new perspective to perform integrated multiscale ecological studies and to calibrate biogeochemical, trophic and End-to-End models.

Les concepts d’écosystèmes et de communautés sont centraux aux explications en écologie ainsi qu’à plusieurs débats environnementaux. Cependant, depuis l’introduction de ces concepts, leur statut ontologique est controversé (c'est-à-dire un écosystème a-t-il une existence à part entière au-delà de l’existence de ses parties constituantes?). Alors que certains favorisent une interprétation épistémique de ces concepts, d’autres défendent plutôt que ces unités écologiques fassent partie intégrante du monde naturel. Dans le cadre de ce mémoire, j’argumente que la meilleure manière d’appréhender cette question ontologique est de comprendre que les communautés ainsi que les écosystèmes sont des mécanismes. Plus précisément, je propose que les écosystèmes et les communautés soient des ensembles d’entités et d’activités organisés de manière à exhiber de manière régulière des phénomènes précis. Les entités sont les composantes de ces mécanismes (ex : espèce, niche écologique) alors que les activités sont les relations causales produisant des changements (ex : photosynthèse, prédation). Finalement, les phénomènes que ces mécanismes produisent sont les propriétés émergentes propres au niveau d’organisation des communautés et des écosystèmes (ex. : pH, Biomasse). En utilisant l’approche manipulationniste développée par James Woodward (2003, 2004, 2010), j’argumente qu’il est possible d’identifier les composantes causales des écosystèmes et des communautés ainsi que leurs relations. Puisqu’il est possible de manipuler empiriquement et de manière contrefactuelle de différentes manières les communautés et les écosystèmes (Penn 2003; Swenson et Wilson 2000), je conclus que nous pouvons affirmer de manière robuste (Wimsatt 2007) que ces entités existent réellement. / The concepts of ecosystem and community are central to ecological explanations. However, since the introduction of these concepts, their ontological status is controversial. Taking as a starting point the mechanistic explanatory theories in philosophy of science, I argue that ecosystems and communities are mechanisms. More precisely, I suggest that they are entities and activities organized in such a way as to exhibit regular and precise phenomenons (Machamer, Darden, Craver 2000). While entities are the components of the mechanisms (ex: species, ecological niche), activities are the causal relations that produce changes (ex: photosynthesis, predation). Finally, the interaction of the entities and the activities produce emerging properties that are unique to the community and ecosystem level (ex: pH, biomass). By using the manipulationniste theory of Woodward (2003) and the experimental results of Swenson and Wilson (2000), I argue that it is possible to identify the causal components of the ecosystems and communities and their relations to one another. Since it is possible to manipulate empirically and counterfactually ecosystems and communities, I conclude that they are real entities.

Le changement climatique est connu pour entraîner une redistribution spatiale des conditions climatiques et avec elle une migration des espèces vers les pôles et les sommets. De tels changements impliquent une réorganisation des communautés végétales dont la nature, l'intensité et le déterminisme sont encore peu connus. L'objectif de cette thèse est d'évaluer, à large échelle spatiale et sur de longs pas de temps, les changements de composition des communautés végétales forestières induits par le réchauffement climatique, ainsi qu'analyser les facteurs écologiques et géographiques contribuant à ces changements à l'échelle de l'espèce et des communautés. La réponse de la flore forestière vis-à-vis du réchauffement climatique a été étudiée à l'échelle du territoire français (~546000 km²) à partir de larges bases de données d'observations floristiques, de données environnementales mesurées et modélisées, et d'une approche modélisatrice basée sur le concept de niche écologique et sur le caractère bio-indicateur des espèces. Dans un premier temps, nous avons montré que le remaniement des communautés végétales a permis la compensation de 0.54°C du réchauffement climatique ayant touché les forêts de montagne entre les périodes 1965–1986 et 1987–2008 (i.e. +1.07°C) contre seulement 0.02°C pour les forêts de plaine (réchauffement = 1.11°C). Cette compensation partielle démontre l'existence d'une dette climatique de la flore induite par le réchauffement climatique. L'importance de cette dette en plaine par rapport aux montagnes provient probablement de l'effet combiné d'un déficit d'extinction et de migration des espèces en plaine conduit respectivement par une plus large tolérance thermique des plantes forestières sur cette zone et par une migration des plantes a priori (i) limitée par l'importante fragmentation des forêts de plaine et (ii) inférieure au déplacement des conditions thermiques en plaine. Les particularités écologiques et géographiques des forêts de plaine et de montagne nous ont amené à considérer deux types de menaces induites par le changement climatique : (i) l'attrition biotique en plaine, et (ii) la perte d'une biodiversité historique et spécifique en montagne (réduction de l'habitat des espèces alpines aboutissant à leur disparition) remplacée probablement par des espèces plus communes. Dans un second temps, les effets de facteurs abiotiques, biotiques et géographiques pouvant amplifier ou réduire les changements de distribution des espèces et de composition des communautés induits par le réchauffement climatique ont été caractérisés. [...] Suite et fin du résumé dans la thèse. / Climate change is known to cause a spatial redistribution of climatic conditions which is driving poleward and upward range shifts. Such shifts imply a reorganization of plant communities which is still poorly understood. Here we aimed to assess the changes in plant communities' composition induced by climate warming at a global scale and over a long time period, as well as to analyze the effects of ecological and geographical factors that contribute to these changes at the species and community levels. The response of the forest flora to the raising temperature has been studied across the French metropolitan territory (~546,000 km²) from large floristic databases, measured and modeled environmental data, and a modeling approach based on the concept of ecological niche and the bioindicator properties of plant species. First, we showed that the reshuffling of plant communities allowed to recover 0.54°C of the temperature increase between the periods 1965–1986 and 1987–2008 in highland forests (i.e. +1.07°C), while it recovered only 0.02°C in lowland forest (warming = 1.11 °C). This partial compensation demonstrates the current occurrence of a climatic debt in forest vegetation caused by climate warming. The high climatic debt observed in lowland forest compared to the highland one is likely due to extinction and migration debts caused by a wider temperature tolerance of plants in lowland communities and a plant migration capacity (i) limited by the high spatial fragmentation of the lowland forest habitat and (ii) shorter than the shift of thermal conditions in lowland areas, respectively. The ecological and geographical specificity of lowland and highland forests led us to consider two different threats induced by climate change: (i) biotic attrition in lowland areas, and (ii) loss of a specific and an historic biodiversity in highland forest (mountaintop extinction of alpine species due the surface decrease of their potential habitat) likely replaced by more common species assemblage (increase of generalist plants). Second, the effects of abiotic, biotic and geographical factors which can amplify or reduce the magnitude of both the species range shifts and the reshuffling of plant communities induced by global warming were characterized. Last and final summary in the thesis.

Le fonctionnement de l’écosystème forestier dans la haute vallée du Doubs, attestant le rôle déterminant du climat, permet par l’examen des conséquences des fluctuations climatiques sur une forêt climacique, de connaître la nature de la couverture forestière médiévale. Le milieu forestier que l’homme doit détruire pour s’installer résulte de la conjugaison d’une dynamique naturelle engagée depuis l’ère quaternaire et d’un impact anthropique progressif. Le lent processus de la colonisation depuis les premières traces de fréquentation mésolithique jusqu’au Moyen Âge, se confond avec l’essor des défrichements. L’histoire du peuplement du Haut-Doubs et du recul de la forêt dont le rythme épouse les vicissitudes démographiques dues aux guerres et aux crises du bas Moyen Âge, présente des singularités dans sa chronologie, les modalités des défrichements et la mise en valeur du territoire. Pourtant, cette forêt que l’homme abat reste une ressource nourricière vitale, source de matières premières et réserve énergétique indispensables aux activités quotidiennes et à un artisanat en essor. S’impose alors à l’homme confronté aux conflits d’intérêt liés à l’usage de la forêt, la nécessité de résoudre ce paradoxe qui consiste à devoir à la fois exploiter et détruire. Les mesures restrictives et les réglementations qui s’instaurent révèlent une prise de conscience relative face aux dangers qui menacent un équilibre écologique fragile, et au nouvel impératif de protection. Cette réalité présage des conflits et des problèmes ultérieurs dont l’homme contemporain est encore à chercher les solutions / In the Upper Doubs Valley, at the end of the Middle Ages, man simultaneously destroys forests to extend his agricultural space and uses trees as necessary raw materials and a key source of energy. This represents a paradoxical situation for which he must find solutions. In the Middle Ages, woods are indeed both shaped by nature and by mankind. This study first describes the natural wood environment of this era and examines the effect of climate on a land that is the result of a long evolution from the Quaternary period. Then, it studies the impact of man from the Mesolithic era to the Middle Ages. It analyzes the chronology of deforestation and its link to demography in the context of wars and various crises in the lower Middle Ages. Deforestation is studied in its political, social, technical and ecological aspects and the way the newly created farmland is used is analyzed. The forests that man erases in the lower Middle Ages remain however, a vital resource for him, in particular for the growing manufacture. Therefore, man needs to solve this contradiction (i.e. to destroy and to build) for the following reasons: first, logging is a source of social and political conflicts, then it is about to destroy a fragile ecological balance. The consequences are the creation of restrictions and laws that are significant of a need for him to protect the environment. This situation is the precursor of problems and conflicts that contemporary man is now facing and which he still tries to solve

Les prairies représentent 45% de la surface agricole en France et 40% en Europe, ce qui montre qu’il s’agit d’un secteur important particulièrement dans un contexte de changement climatique où les prairies contribuent d’un côté aux émissions de gaz à effet de serre et en sont impactées de l’autre côté. L’enjeu de cette thèse a été de contribuer à l’évaluation des incertitudes dans les sorties de modèles de simulation de prairies (et utilisés dans les études d’impact aux changements climatiques) dépendant du paramétrage du modèle. Nous avons fait appel aux méthodes de la statistique Bayésienne, basées sur le théorème de Bayes, afin de calibrer les paramètres d’un modèle référent et améliorer ainsi ses résultats en réduisant l’incertitude liée à ses paramètres et, par conséquent, à ses sorties. Notre démarche s’est basée essentiellement sur l’utilisation du modèle d’écosystème prairial PaSim, déjà utilisé dans plusieurs projets européens pour simuler l’impact des changements climatiques sur les prairies. L’originalité de notre travail de thèse a été d’adapter la méthode Bayésienne à un modèle d’écosystème complexe comme PaSim (appliqué dans un contexte de climat altéré et à l’échelle du territoire européen) et de montrer ses avantages potentiels dans la réduction d’incertitudes et l’amélioration des résultats, en combinant notamment méthodes statistiques (technique Bayésienne et analyse de sensibilité avec la méthode de Morris) et outils informatiques (couplage code R-PaSim et utilisation d’un cluster de calcul). Cela nous a conduit à produire d’abord un nouveau paramétrage pour des sites prairiaux soumis à des conditions de sécheresse, et ensuite à un paramétrage commun pour les prairies européennes. Nous avons également fourni un outil informatique de calibration générique pouvant être réutilisé avec d’autres modèles et sur d’autres sites. Enfin, nous avons évalué la performance du modèle calibré par le biais de la technique Bayésienne sur des sites de validation, et dont les résultats ont confirmé l’efficacité de cette technique pour la réduction d’incertitude et l’amélioration de la fiabilité des sorties. / Grasslands cover 45% of the agricultural area in France and 40% in Europe. Grassland ecosystems have a central role in the climate change context, not only because they are impacted by climate changes but also because grasslands contribute to greenhouse gas emissions. The aim of this thesis was to contribute to the assessment of uncertainties in the outputs of grassland simulation models, which are used in impact studies, with focus on model parameterization. In particular, we used the Bayesian statistical method, based on Bayes’ theorem, to calibrate the parameters of a reference model, and thus improve performance by reducing the uncertainty in the parameters and, consequently, in the outputs provided by models. Our approach is essentially based on the use of the grassland ecosystem model PaSim (Pasture Simulation model) already applied in a variety of international projects to simulate the impact of climate changes on grassland systems. The originality of this thesis was to adapt the Bayesian method to a complex ecosystem model such as PaSim (applied in the context of altered climate and across the European territory) and show its potential benefits in reducing uncertainty and improving the quality of model outputs. This was obtained by combining statistical methods (Bayesian techniques and sensitivity analysis with the method of Morris) and computing tools (R code -PaSim coupling and use of cluster computing resources). We have first produced a new parameterization for grassland sites under drought conditions, and then a common parameterization for European grasslands. We have also provided a generic software tool for calibration for reuse with other models and sites. Finally, we have evaluated the performance of the calibrated model through the Bayesian technique against data from validation sites. The results have confirmed the efficiency of this technique for reducing uncertainty and improving the reliability of simulation outputs.

Depuis plus de 150 l’exploitation aurifère en Guyane française bouleverse le paysage en entrainant une déforestation massive des concessions minières. Les conséquences sont multiples, aussi bien pour l’environnement que pour la santé humaine. Pendant des décennies l’utilisation du mercure dans le processus d’extraction a entrainé une contamination du réseau hydrique et de la chaine trophique. Afin d’inscrire l’exploitation aurifère dans une optique de développement durable le code minier impose depuis 1998 une obligation de réhabilitation des sites exploités. Des méthodes de revégétalisation utilisant différentes essences végétales ont donc été adoptées afin d’accélérer les successions écologiques. Le contrôle de la qualité de restauration écologique est néanmoins difficile à mettre en œuvre et il est nécessaire d’avoir des outils de bio-géo-indications fiables et peu couteux pour estimer le recouvrement des fonctionnalités des écosystèmes et apprécier le risque de mobilités des éléments traces toxiques. Dans ce contexte, les objectifs de ce travail de thèse ont été d’évaluer la qualité de restauration écologique de sites miniers en Guyane française à travers une caractérisation des activités microbiennes, du fonctionnement des cycles biogéochimiques d’éléments majeurs (C,N,P) et de la dynamique du mercure. L’originalité de ce travail réside dans l’évaluation dans le temps et dans l’espace des interactions entre couvert végétal – propriétés physico-chimiques du sol – activités microbiennes – spéciation du mercure après revégétalisation et en faire un outils diagnostic de la réussite de cette restauration. Dans ce but, plusieurs campagnes d’échantillonnages ont été réalisées en Guyane sur un panel de sites miniers réhabilités, avec différents types de couverts végétaux. Des échantillons de sols ont été prélevés sur des sites revégétalisés avec des espèces de fabacées, et sur des sites non revégétalisés. Nous avons évalué les fonctionnalités des communautés microbiennes de ces sites avec plusieurs bio-marqueurs de la qualité du sol. Afin d’estimer le devenir du mercure, des mesures du mercure total ainsi que des spéciations opérationnelles et environnementales ont été réalisées. Ce travail de thèse a permis de mettre en évidence un effet positif de la revégétalisation sur la densité et les activités des communautés microbiennes telluriques. Les sites restaurés ont montré une biomasse microbienne, des taux de minéralisation des macroéléments (C,N,P), une diversité catabolique plus élevées que des sites non restaurés. Nos résultats confirment également que la restauration influence les activités des communautés microbiennes anaérobies. En effet, les travaux portant sur les communautés bactériennes ferri-réductrices (BFR) et sulfato-réductrices (BSR) montrent des activités variantes entre les modalités de revégétalisation. Ces différences sont à mettre en relation avec les propriétés physiques et chimiques du sol ainsi qu’avec la nature et la densité du couvert végétal. Les communautés BFR sont actives sur les sites réhabilités alors que les communautés BSR seraient davantage actives sur les sites faiblement restaurés. Ces différences ont des conséquences sur la mobilité du mercure. Nos travaux montrent également que si dans les sites revégétalisés le mercure est associé à des phases stables du sol alors que dans les sites non restaurés il est sous des formes solubles mobilisable dans le réseau hydrique, biodisponible pour les organismes de la chaine trophique. Pour conclure, l’approche interdisciplinaire proposée dans ce travail a permis d’identifier certains processus d’écologie microbienne fondamentaux impactant le recouvrement des fonctionnalités des écosystèmes miniers dégradés. Ce travail offre un outil d’évaluation de la qualité de la restauration écologique original, appliqué et prometteur, qui pourra intéresser les décisionnaires responsables de la réhabilitation des sites miniers en Guyane française / For more than 150 years, gold mining in French Guiana has disrupted the landscape by causing massive deforestation of mining concessions. The consequences are multiple, both for the environment and human health. Indeed, for decades the use of mercury in the extraction process has led to pollution of aquatic systems, contaminating the food chain. In order to ensure that gold mining is carried out in a sustainable development perspective, the Mining Code has imposed an obligation since 1998 to rehabilitate the sites operated. Several revegetation methods using different plant species have been adopted to accelerate ecological succession. However, quality control of ecological restoration is difficult to implement and it is necessary to have reliable and inexpensive bio-geo-indication tools to estimate the recovery of the functionalities of anthropized ecosystems and assess the risk of mobility of toxic metallic elements.In this context, the objectives of this thesis work were to evaluate the quality of ecological restoration of mining sites in French Guiana through a characterization of microbial activities, the functioning of biogeochemical cycles of major elements (C,N,P) and the dynamics of mercury. The originality of this work lies in the evaluation over time and space of the interactions between vegetation cover - physico-chemical properties of the soil - microbial activities - mercury speciation after revegetation and making it a diagnostic tool for the success of this restoration. To this end, several sampling campaigns were carried out in French Guiana on a panel of rehabilitated mining sites, with different types of vegetation cover. Soil samples were taken from replanted sites with fabaceous species (A. mangium and C. racemosa), and from non-restored sites. We then evaluated the main functionalities of the microbial communities of these sites through the use of several soil quality bio-markers. In order to estimate the fate of mercury, measurements of total mercury as well as operational and environmental specimens were carried out. This thesis work revealed a positive effect of revegetation on the density and activities of soil microbial communities. Sites restored with fabaceous species have thus shown microbial biomass, macro-element mineralization rates (C,N,P), and catabolic diversity significantly higher than sites that have not been restored. The associations of fabaceous plants show more conclusive results than the use of monoculture in terms of microbial functionalities. While the activities of aerobic microorganisms have been impacted by the return of vegetation, our results confirm that restoration influences the activities of anaerobic microbial communities. Indeed, work on iron-reducing (IRB) and sulfate-reducing (SRB) bacterial communities shows varying activities between revegetation modalities. These differences are related to the physical and chemical properties of the soil and the nature and density of the vegetation cover. BFR communities are more active on rehabilitated sites while SRB communities are more active on poorly restored sites. These differences in activities have consequences on mercury mobility and methylation. Our work also shows that while mercury in re-vegetated sites is associated with stable phases of the soil, including iron oxides, in non-restored sites it is in soluble forms that can potentially be mobilized in the water network, bioavailable and assimilated by organisms in the food chain.In conclusion, the interdisciplinary approach proposed in this work made it possible to identify certain fundamental microbial ecological processes that impact the recovery of the functionalities of degraded mining ecosystems. This work provides an original, applied and promising tool for assessing the quality of ecological restoration that may be of interest to decision-makers responsible for the rehabilitation of mining sites in French Guiana

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Tentant d’accommoder protection de l’environnement et artificialisation de la nature, les mesures de compensation consistent techniquement à rééquilibrer un dommage écologique par un gain écologique. Imposées juridiquement dans les années 1970, la place de ces dispositifs interroge toujours. Mesures de police administrative par nature, elles s’assimilent à un mode de réparation en dehors de tout régime de responsabilité par leur finalité : remédier en nature aux atteintes causées aux milieux naturels. Échappant à toute définition en dépit de la variété des régimes juridiques actuels, les compensations à visée écologique demeurent inabouties sur le plan juridique. De cette hétérogénéité des régimes juridiques, peut-il émerger un concept unique propre à garantir sa nature curative ? Leur vocation commune est desservie par les indéterminations juridiques dont souffrent ces compensations et qui résident tant dans la pluralité juridique des compensations que dans les défaillances pratiques lors de leur mise en œuvre. Se créé alors un hiatus entre les décisions prises fondées sur une compensation idéalisée, à savoir un instrument de lutte contre la perte de biodiversité, et la réalité des mesures le plus souvent sans équivalence écologique, précaires voire inexistantes. C’est pourquoi il convient de mettre fin à cet amalgame grâce à une caractérisation juridique de ce que devrait être la compensation écologique. Cette tentative de définition s’accompagne d’une exploration des perspectives d’avenir de la compensation écologique notamment sous l’angle d’une mutualisation des sites de compensation. / The aim of ecological offsets is to combine environmental protection with the social and economic opportunities of implementing new projects on natural spaces. Technically, these measures involve restoring balance between ecological damages and ecological benefits to be provided for by the ecological offset. Ecological offsets measures became mandatory in the seventies, yet their adequacy is still questioned today. They are administrative policy measures, distinct from liability. Although several different ecological offsets exist, no law explicitly defines them. It appears then very important to know whether it’s possible to draw one global legal definition of ecological offset, in order to assure the achievement of the ecological goals of all this measures: providing effective reparation of the damages caused to the ecosystems. All the more as the lack of legal offset criteria is adding to already existing practical difficulties which may in term bring about the downfall of ecological offset.Actually, though it is widely presented as a legal instrument to reverse the loss of biodiversity; reality shows that this purpose may not be attained, especially because of a lack of unanimous ecological measurement model. That’s why ecological offset deeply needs a legal characterization of what it should be. After this attempt at a definition, the thesis proposes to explore the future of the ecological offset, including the opportunities offered by shared sites of natural remediation.