Les Infrastructures de Transport Terrestre (ITT), c'est-à-dire les routes et les lignes ferroviaires, sont une des principales causes du déclin de la biodiversité. En France, les évaluations environnementales des projets d'ITT ont permis des progrès dans la prise en compte des impacts sur les milieux naturels, mais elles présentent des limites. Leur contenu est basé sur des données qualitatives prenant encore peu en considération les processus écologiques et leurs échelles spatio-temporelles. La thèse élabore trois méthodes complémentaires permettant le développement d'une évaluation quantitative des impacts des projets sur les milieux. Celles-ci sont définies suivant trois échelles écologiques, l'état prévisionnel des habitats, la sensibilité des écosystèmes, et l'organisation spatiale de l'écocomplexe dans le territoire. La première est basée sur un modèle spatio-temporel de taux de dégradation des écosystèmes. Elle identifie l'ensemble des effets potentiels des projets aux stades construction, exploitation et entretien afin d'en caractériser les effets majeurs. La seconde méthode élabore des indicateurs basés sur les impacts. La chaîne de causalité des effets sur les cibles de l'écosystème est quantifiée par l'algorithme PageRank® et identifie la plus pertinente pour la recherche d'indicateurs. Certains indicateurs, peu documentés dans la bibliographie internationale donnent lieu à des études de terrain sur les populations d'arthropodes, de rhopalocères et de chiroptères en milieu forestier. La troisième méthode replace les écosystèmes dans un paysage et propose la notion de coût écologique des projets. Le coût représente l'ensemble des vulnérabilités des milieux naturels traversés.

Bien que les champignons mycorhiziens arbusculaires (AMF) soient présents des habitats collinaires aux habitats alpins, les recherches sur leur rôle dans l’écosystème montagnard sont encore incomplètes. Les objectifs de cette thèse sont d’analyser l’écologie et le fonctionnement des AMF ainsi que leur réponse au changement global dans les écosystèmes montagnards. Nous tentons de répondre aux questions de recherche suivantes : quels sont les effets de l’altitude sur les AMF indépendamment des effets des autres gradients et de la relation AMF-plante hôte ? Quelles relations de facilitation se développent dans les écosystèmes montagnards et quels bénéfices les plantes tirent-elles des AMF ?Avec l’augmentation d’un stress environnemental la symbiose AMF-plante doit théoriquement devenir plus mutualiste. Nous émettons l’hypothèse d’une modification du fonctionnement des interactions AMF-plante selon un gradient altitudinal dans les conditions environnementales actuelles, puis dans les conditions futures. Afin de vérifier ces hypothèses, une expérimentation in situ a été mise en place dans les Alpes Centrales d’Italie pour évaluer les variations des taux de mycorhization et leur abondance dans la communauté microbienne du sol, étudier la nature des relations entre plantes et mycorhizes ainsi que la productivité végétale le long d’un gradient altitudinal. De plus, les influences d’une augmentation de la température et d’une réduction des précipitations sont analysées séparément dans une chambre de croissance sous conditions contrôlées, ce qui permet de distinguer leurs effets respectifs sur la productivité des plantes et sur les interactions plantes – mycorhizes.Cette thèse montre que les AMF sont omniprésents dans les écosystèmes de montagne et qu’une diminution de leur abondance avec l'altitude dépend du contexte climatique global. D'autre part, la relation des AMF avec les plantes est fortement dépendante de la plante-hôte, ainsi que du contexte biotique et abiotique. Troisièmement, un changement des interactions AMF-plante avec l'altitude est suggéré par des indices indirects, mais est également très probablement dépendant de l'identité de la plante hôte. Cette thèse propose aussi une nouvelle orientation de recherche pour bien évaluer les hypothèses présentées. Il est nécessaire de réaliser des études sur le terrain où la présence des AMF est contrôlée et les interactions AMF-plante peuvent être évaluées. Afin de généraliser les résultats, ces expérimentations doivent être menées à différentes échelles spatiales et représenter différentes aires géographiques.Il est particulièrement important de comprendre et de qualifier ces processus en zone montagnarde pour prévoir leur évolution possible dans un contexte de changement global. Nos expérimentations montrent en effet que le réchauffement est un facteur important car il aggrave les conditions de sécheresse en basse altitude et entraine une baisse de la productivité des plantes. Nous démontrons que la présence de mycorhizes atténue l’impact du changement climatique sur la productivité des plantes mais que le niveau de cette atténuation varie selon les espèces de plantes.Les connaissances actuelles concernant les AMF en milieu montagnard sont peu développées sur les processus en jeu dans les interactions AMF-plantes. Grâce aux hypothèses présentées et à leur approche expérimentale cette thèse offre de nouvelles perspectives sur l’analyse de ces processus. / Even though arbuscular mycorrhizal fungi (AMF) are present from foothills to all alpine habitats, research on their role in mountain ecosystems remains incomplete. The main objective of this dissertation was to investigate interactions between AMF and plants along altitudinal gradients under both, natural conditions and simulated future climate change conditions.A novel framework is suggested for the functioning of the AMF-plant relationship along altitudinal gradients based on the stress gradient hypothesis. The first hypothesis expects the AMF-relationship to shift along the mutualism–parasitism continuum following changing environmental stress along the altitudinal gradient. The relationship might be most mutualistic at the subalpine zone. In a second hypothesis, this shift along the mutualism-parasitism continuum is predicted to be different under climate change conditions, and the most mutualistic expression of the AMF-plant relationship expected in the montane and alpine zone. Studies to validate the presented hypotheses will help to identify important mechanisms underlying plant-AMF interaction and with that the mediation of plant-plant interactions by AMF. In the scope of this thesis, the framework was addressed in field experiment as well as under controlled conditions in a climate chamber experiment.From a literature review and from a field experiment along a dry inner-alpine altitudinal gradient this thesis proposes the following conclusions: First, AMF are also ubiquitous in mountain ecosystems, but a decrease in their abundance with increasing altitude is dependent on the overall climatic context. Second, their relationship to plants is however strongly dependent on the host plant species as well as the biotic and abiotic context. Third, a shift of the AMF-relationship along with altitude is expected but will quite possibly also depend on the plant species identity. Fourth, to fully assess the suggested working hypotheses for AMF-plant interactions field studies must be conducted at different spatial scales and covering different mountain systems.It is particularly important to understand and investigate the drivers of AMF plant relationship in mountain ecosystems to be able to make sound predictions for AMF-plant interactions under future climate change conditions. The presented field and climate chamber experiments on climate change show that temperature is an important factor because it aggravates the conditions of drought in lowland and a threshold is surpassed. It becomes also clear that whether AMF mitigate climate change effects for plants or not is dependent on the plant species. Altogether this thesis contributes to current research questions in ecology, climate change mitigation and plant–soil interactions, because it addresses the role of AMF in mountain grassland ecosystem, investigates the effects of climate change and provides a new framework concerning the functioning of the AMF-plant relationship ranging from parasitism to mutualism.

Le cadre réglementaire défini par la Directive Cadre sur l’Eau impose le développement de méthodologies fiables d’évaluation et/ou de caractérisation de l’état de santé des écosystèmes aquatiques. L’objectif de ce travail de thèse était d’identifier les rôles relatifs des paramètres des milieux aquatiques (température, cycle saisonnier, minéralisation), des caractéristiques des populations et des pressions anthropiques sur les réponses des biomarqueurs chez un organisme aquatique modèle, la moule zébrée (Dreissena polymorpha). Une espèce sœur, Dreissena rostriformis bugensis, arrivée plus récemment dans nos cours d’eau, a été suivie en parallèle et son potentiel en tant que biomoniteur a également été évalué. Pour cela, une batterie d’une douzaine de biomarqueurs sub-cellulaires a été mesurée dans différentes populations des deux espèces vivant dans des milieux contrastés, à différentes périodes de l’année, mais aussi lors de stress standardisés en laboratoire. Les biomarqueurs choisis correspondaient à différentes fonctions physiologiques et/ou antitoxiques, et des réponses à fortes pertinence écologiques, telles que la consommation d’oxygène ou l’activité de filtration, ont ponctuellement été suivies. Ces différents paramètres ont permis d’interroger les notions de sensibilité et de vulnérabilité des populations et de mieux comprendre les facteurs déterminant les réponses des biomarqueurs. Les différences inter-populationnelles montrent que l’accumulation des contaminants par les organismes et leurs réponses biologiques sont bien dépendantes de la qualité du biotope propre à chaque population, mais aussi de la saison, un facteur confondant qui doit donc être pris en compte lors de campagnes de biosurveillance. De fortes différences de réponse des biomarqueurs entre les deux espèces ont aussi été observées, aussi bien in situ que lors des expositions en laboratoire, soulignant la nécessité de bien différencier ces deux espèces, pourtant très proches. La nouvelle arrivée, D. r. bugensis, présente des réponses plus plastiques in situ, mais semble moins capable de gérer des stress aigus lors d’expositions en laboratoire. A l’inverse, D. polymorpha, arrivée il a 200 ans en France, semble mieux adaptée, avec une variabilité de réponse moins marquée et une meilleure tolérance aux contaminants. Ces travaux de thèse s’inscrivent dans le cadre de la convention BIOMICS, réalisée en collaboration avec l’ONEMA. Ils montrent que ces deux espèces sont aptes à nous renseigner sur l’état de contamination du milieu dans lequel elles vivent, même si les grilles d’interprétation peuvent être différentes de l’une à l’autre. Les variations des réponses des biomarqueurs au niveau sub-cellulaire témoignent de façon précoce de modifications de la qualité du milieu. Certains biomarqueurs semblent toutefois plus informatifs que d’autres, la batterie mesurée pourrait donc être réduite. A l’avenir, ces travaux permettront une meilleure lecture et interprétation des biomarqueurs mesurés dans des populations autochtones ou transplantées, et attestent de l’intérêt des biomarqueurs en tant qu’outils d’évaluation de la qualité des milieux aquatiques / The regulatory framework defined by the Water Framework Directive requires the development of reliable methodologies for assessing and / or characterizing the health status of aquatic ecosystems. The objective of this thesis was to identify the relative roles of environmental parameters (temperature, seasonal cycle, mineralization), population characteristics and anthropic pressures on biomarker responses in a model aquatic organism, the zebra mussel (Dreissena polymorpha). A sister species, Dreissena rostriformis bugensis, which invaded more recently our waterways, has been used in parallel and its potential as a biomonitor has also been evaluated. For this purpose, a battery of a dozen sub-cellular biomarkers was measured in different populations of the two species living in contrasting environments, at different times of the year, but also under laboratory stresses. The selected biomarkers corresponded to different physiological and / or antitoxic functions, and responses with high ecological relevance, such as oxygen consumption or filtration activity, were occasionally followed. These various parameters allowed to question the concepts of sensitivity and vulnerability of the populations and to understand the factors determining biomarker responses. Inter-population differences showed that the accumulation of contaminants by organisms and their biomarker responses depend on environmental quality at the originating site of each population, but also on the season, a confounding factor which must therefore be taken into account during biomonitoring programs. Strong differences in biomarker responses between the two species were also observed, both in situ and during laboratory experiments, emphasizing the need to differentiate the two species, so close they are. The recent invader, D. r. bugensis, presents more plastic responses in situ, but appears less able to manage acute stress in laboratory. Conversely, D. polymorpha, which is about 200 years old in France, appears to be better adapted, with less response variability and a better tolerance to contaminants. This thesis work is part of the BIOMICS convention, carried out in collaboration with ONEMA. It shows that these two species are able to inform about the contamination status of their environment. Variations in biomarker responses at the sub-cellular level indicate early changes in environmental quality. Some biomarkers, however, seem more informative than others do, so the measured battery could be reduced. In the future, this work will allow a better reading and interpretation of biomarkers measured in autochthonous or transplanted populations, and attest the value of biomarkers as tools for assessing aquatic environment quality

Des nombreux utilisateurs des systèmes multi-agents (SMA) sont très souvent découragés de modéliser et simuler dans les plates-formes actuelles SMA. Plus précisément, modéliser la dynamique d'un système (en particulier les comportements de l'agent) est très souvent vu comme un défi pour les utilisateurs de SMA. Dans le domaine des systèmes socio-écologiques (SES), cet inconvénient est plus souvent observé une fois que les experts de domaine en SES sont rarement des programmeurs. De plus, la majorité des plateformes SMA n'a pas été conçue en prenant en considérant le fait que les experts de domaines ne sont pas des programmeurs. On constate que la majeure partie des outils MAS ne sont pas dédiés à SES, ou qu'ils ne possèdent pas un formalisme compréhensible pour représenter les comportements de SMA. En outre, comme ces outils sont dépendant des plateformes, un modèle réalisé dans une plateforme SMA ne peut pas être correctement utilisé dans une autre plate-forme en raison de l'incompatibilité entre ces plateformes SMA. Afin de surpasser ces limitations, nous proposons un langage dédié au domaine SES pour décrire les comportements des agents réactifs, quelle que soit la plate-forme utilisée pour la simulation des SMA. Pour ce faire, nous avons appliqué l’approche de l’ingénierie dirigée par les modèles (IDM), une approche qui fournit des outils pour développer des langages dédiés à partir d'un méta-modèle (syntaxe abstraite), des éditeurs textuels avec coloration syntaxique (pour la syntaxe concrète) et des outils des générateurs de code (pour la génération de source code à partir d'un modèle). En conséquence, nous avons mis en œuvre un langage et un éditeur de texte qui permet à des experts du domaine SES de décrire les comportements de trois manières différentes qui sont fermées à leur expression naturelle : sous forme d'équations quand ils sont familiers avec celles-ci, en tant que séquence d'activités proche du langage naturel ou comme un diagramme d'activité pour représenter les décisions et une séquence de comportements en utilisant un formalisme graphique. Pour montrer la généralité, nous avons également développé des générateurs de code ciblant deux plates-formes différentes SMA (Cormas et Netlogo). Nous avons testé les générateurs de code en mettant en œuvre deux modèles SES avec le langage dédié développé. Le code généré obtenu a été généré pour les deux plates-formes SMA Cormas et NetLogo, et simulé avec succès dans un des deux plateformes. Nous avons conclu que l'approche IDM fournit des outils adéquats à développer des langages dédiés et des générateurs de code pour faciliter la modélisation et la simulation SMA par des non-programmeurs. En ce qui concerne le langage développé, bien que l’aspect comportemental de la simulation MAS fasse partie de la complexité de la modélisation en SMA, il y a encore d'autres aspects essentiels du modèle et de la simulation de SMA qui sont encore à être explorés, tels que l'initialisation et les points de vue sur un le monde simulé d’un modèle. / Many users of multi-agent systems (MAS) are very commonly discouraged to model and simulate using current MAS platforms. More specifically, modeling the dynamics of a system (in particular the agent's behaviors) is very often a challenge to users of MAS. That issue is more often observed in the domain of socio-ecological systems (SES), because SES domain experts are rarely programmers. Indeed,the majority of MAS platforms were not conceived taking into consideration domain-experts that are non-programmers. Most of the current MAS tools are not dedicated to SES, or they do not possess an easily understandable formalism to represent behaviors of agents. Moreover, because it is platform-dependent, a model realized in a MAS platform cannot be properly used in another platform due to incompatibility between MAS platforms. To overcome these limitations, we propose a domain-specific language (DSL) to describe the behaviors of reactive agents, regardless of the MAS platform used for simulation. To achieve that, we applied model-driven engineering (MDE), an approach that provides tools to develop DSLs from a meta-model (abstract syntax), textual editors with syntax highlighting (for the concrete syntax) and code generation capabilities (for source-code generation of a model). As a result, we implemented a language and a textual editor that allows SES domain experts to describe behaviors in three different ways that are closed to their natural expression: as equations when they are familiar to those, as a sequence of activities close to natural language or as an activity diagram to represent decisions and a sequence of behaviors using a graphic formalism. To show the generality we also developed code generators targeting two different MAS platforms (Cormas and Netlogo). We tested the code generators by implementing two SES models with the developed DSL. The generated code was targeted for both MAS platforms (Cormas and Netlogo), and successfully simulated in one of them.We conclude that the MDE approach provides adequate tools to develop DSL and code generators to facilitate MAS modeling and simulation by non-programmers. Concerning the developed DSL, although the behavioral aspect of MAS simulation is part of the complexity of modeling in MAS, there are still other essential aspects of model and simulation of MAS that are yet to be explored, such as model's initialization and points of view on the model's simulated world

La biodiversité est définie comme la variété et la variabilité du monde vivant sous toutes ses formes. Elle est souvent appréhendée par la richesse en espèces. Pourtant il existe d'autres « facettes » de la biodiversité (telles que la diversité phylogénétique et fonctionnelle) qui sont à considérer pour comprendre la plupart des processus évolutifs et écologiques. Aujourd'hui, la prise en compte de ces différentes facettes ainsi que les services des écosystèmes –bénéfices que les humains retirent directement des écosystèmes – sont au cœur de l'agenda européen de la conservation. Cependant pour mettre en place de nouvelles actions, une meilleure compréhension des variations spatiales de ces différentes facettes et de leurs relations avec les services des écosystèmes est nécessaire. Ce travail visait à quantifier, décrire et comprendre la distribution de la richesse spécifique et de la diversité phylogénétique et fonctionnelle des tétrapodes d'Europe et leurs liens avec les services écosystémiques. L'étude des patrons spatiaux de la diversité phylogénétique pour différents groupes taxonomiques a montré une absence de recouvrement, une protection inégale et a permis d'identifier des zones particulières d'histoire évolutive indétectables par le prisme unique de la richesse spécifique. Alors que les facteurs environnementaux liés au climat (comme la température ou la productivité primaire) semblent être prépondérant pour expliquer la distribution de chaque facette de diversité, leurs influences respectives varient selon la facette considérée. Enfin, la comparaison de différents scénarios de conservation dans lesquels plus d'importance est donnée soit à la protection de la biodiversité soit à celle des services écosystémiques a mis en avant des relations complexes (synergies et compromis) et non prédictibles mettant en évidence les enjeux liés à la protection simultanée de plusieurs groupes d'espèces, plusieurs facettes de diversité et d'un éventail de services écosystémiques. / Biodiversity is defined as the variety and variability of living organisms on Earth and is often measured through species richness. However, biodiversity is composed of other facets (e.g. phylogenetic and functional diversity) that need to be considered to account for evolutionary and ecological processes. Considering these multiple facets of biodiversity together with ecosystem services – direct benefit human obtain from nature – is central in the European conservation agenda. However, to propose new planning strategies, a better understanding of the spatial variation of these different facets and their relationships to ecosystem services is crucial. The objective of this Ph. D. project was to better quantify, describe and understand the spatial variation of different biodiversity facets and analyse their links to ecosystem services. The study of spatial pattern of phylogenetic diversity showed a low overlap between the different taxonomic groups and an unequal protection within the current European protected areas system. This analysis allowed identifying areas of particular evolutionary history, which would be undetectable through the unique lens of species richness. Although environmental factors related to climate (e.g. temperature, primary productivity) seemed to best explain each facet, their relative importance varied across biodiversity facets. Finally a comparison of conservation scenarios where priority was given either to protecting biodiversity protection or to protecting ecosystem services highlighted complex and unpredictable relationships (synergies and trade-offs) and stressed out the stakes linked to the simultaneous protection of different facets of diversity of multiple taxonomic groups and a set of ecosystem services.

Les écosystèmes aquatiques eutrophes sont souvent perturbés par des proliférations de cyanobactéries potentiellement toxiques. Si de nombreux travaux ont été publiés sur leur écologie et leur toxicité, peu d'entre eux concernent leurs interactions avec les bactéries chimiotrophes qui leur sont associées au sein de la phycosphère, ce qui a motivé cette thèse. Par des travaux réalisés sur des écosystèmes naturels et des approches en laboratoire, nous montrons que les communautés bactériennes (CB) associées aux cyanobactéries ont une structure et une composition différentes de celles qui ne subissent pas leur influence directe. Ces communautés associées sont dominées par des bactéries ayant une forte affinité pour la matière organique (MO) et réunissant des espèces spécialistes toujours retrouvées en association avec des cyanobactéries et des espèces généralistes capables de se développer dans tous les environnements riches en MO. Nos travaux ont aussi révélé que les CB présentent des différences structurelles et fonctionnelles selon le genre de cyanobactéries auquel elles sont associées, et notamment selon leur capacité à fixer ou non l'azote atmosphérique. Enfin, un focus particulier a été porté sur les bactéries impliquées dans le cycle de l'azote sachant que cet élément est avec le phosphore, souvent limitant pour la croissance des cyanobactéries. Nos résultats montrent que plusieurs étapes essentielles de ce cycle semblent être plutôt effectuées par la CB qui n'est pas sous l'influence directe des cyanobactéries ce qui suggère l'existence d'un découplage dans l'exploitation de la MO et dans le cycle de l'azote entre CB associées et non associées aux cyanobactéries. / Potentially toxic cyanobacteria blooms often occur in eutrophic aquatic ecosystems. While many studies have been published on their ecology and toxicity, few have investigated the interactions between cyanobacteria and their associated chimiotrophic bacteria within the phycosphere. This latter is the subject of this thesis. Using both natural ecosystems and laboratory approaches, we show that the structure and composition of bacterial communities (BC) associated with cyanobacteria are different from those that are not under the direct influence of the cyanobacteria. These associated communities are dominated by bacteria that have a high affinity for organic matter (OM) and are composed of specialist species that are always found in association with cyanobacteria and generalist species that can grow in any OM rich environments. Our results also revealed that the associated BC differs structurally and functionally between diazotrophic and non- diazotrophic cyanobacteria. We also specifically investigated the bacteria involved in the nitrogen cycle knowing that this element, with phosphorus, is often limiting for the growth of cyanobacteria. Our results show that several essential steps in this cycle appear to be rather done by the BC that is not under the direct influence of cyanobacteria, which suggests the existence of a decoupling between the MO and nitrogen cycles between associated and non-associated BC.

Le but de cette thèse était de comprendre les liens entre deux processus de dégradation de la matière organique : la digestibilité du fourrage par les herbivores domestiques et la décomposabilité de la litière par la microfaune du sol. Nous avons fait les hypothèses suivantes : (i) les pratiques de gestion affectent la digestibilité et la décomposabilité des espèces, et (ii) en accord avec l’hypothèse de dominance, celles des communautés via des changements de leur structure fonctionnelle ; (iii) digestibilité et décomposabilité peuvent être estimées par un même « marqueur fonctionnel » facile à mesurer aux niveaux d’organisation de l’espèce et de la communauté. Ce travail a été réalisé dans des parcours du domaine expérimental de La Fage situés sur le Causse du Larzac (Aveyron). Nos résultats ont montré un effet des pratiques de gestion sur la digestibilité et la décomposabilité des différents organes (feuille, tige, partie reproductrice) : les espèces de parcours pâturés et fertilisés ont présenté une digestibilité et décomposabilité supérieures à celles des espèces de parcours uniquement pâturés. Des mesures effectuées à deux dates de récolte ont permis de mettre en évidence une baisse de digestibilité au cours du printemps dans les différents organes, principalement causée par une augmentation de leur teneur en fibre. Une relation positive entre digestibilité et décomposabilité a été montrée pour les feuilles et les tiges dans les deux types de parcours. Cette relation était fortement dépendante de la teneur en fibres des organes, qui peut être estimée de façon fiable par la teneur en matière sèche de ceux-ci : plus la teneur en fibres était élevée, plus la teneur en matière sèche était forte, induisant une faible digestibilité et une faible décomposabilité. Ces résultats ont également été démontrés à l’échelle des communautés pour la digestibilité et la décomposabilité, confirmant l’hypothèse de dominance : les propriétés des écosystèmes peuvent être prédites à partir de traits des espèces dominantes des différents parcours, et en particulier de leur teneur en matière sèche. La teneur en matière sèche est donc un marqueur puissant et facile à mesurer pour estimer la digestibilité et la décomposabilité de systèmes complexes. L’approche fonctionnelle de la diversité biologique basée sur les traits peut donc être utilisée comme un outil de diagnostic du fonctionnement des prairies permanentes afin d’adapter les pratiques de gestion selon les objectifs des éleveurs. / The aim of this thesis was to understand links between two degradation processes of organic matter: the forage digestibility by domestic herbivores and the decomposability of litter by soil microfauna. We hypothesized that: (i) management regimes influenced species digestibility and decomposability, and (ii) in agreement with the dominance hypothesis, those of communities through changes in their functional structure; (iii) digestibility and decomposability can be estimated by the same “functional marker” both at the species and community levels. This study was conducted in rangelands from the La Fage research station located on the Larzac Causse (Aveyron). Our results showed an effect of management regimes on the digestibility and decomposability of different organs (leaf, stem, reproductive part): species from grazed and fertilized grasslands had higher digestibility and decomposability than those from grasslands solely grazed. Measurements conducted at two harvest dates showed a decrease of digestibility of the different organs during spring, mostly due to an increase in fibre concentration. A positive relationship between digestibility and decomposability was found for leaves and stems in both management regimes. This relationship was strongly dependent on organ fibre content, which could be safely estimated by the dry matter content of these different organs: the higher their concentration in structural tissues, the higher their dry matter content, and the lower their digestibility and decomposability. These results were also found at the community level for both properties, thereby validating the dominance hypothesis: the digestibility and decomposability of communities could be predicted from the traits of dominant species found in each management regime, in particular their dry matter content. Dry matter content therefore appears as a powerful and easy to measure marker to estimate the digestibility and decomposability of complex systems. The trait-based approach to plant functional diversity can be used as a diagnostic tool to assess rangeland functioning, so as to modulate management practices according to farmer’s objectives.

La réglementation actuelle, reposant sur la loi de 1976 sur la protection de la nature, impose aux maîtres d’ouvrage de respecter le principe « éviter – réduire – compenser » lors de la conception de les projets d’exploitation et d’aménagement. Lorsqu’un projet n’a pu ni éviter ni réduire les impacts environnementaux, il est nécessaire de définir des mesures compensatoires pour les impacts résiduels qualifiés de significatifs. Concernant les écosystèmes marins, ces mesures font appel à des actions écologiques ainsi qu’à des mesures de gestion et d’amélioration des connaissances sur le milieu marin. Alors que le développement de l’activité économique maritime est encouragé, en particulier, suite aux appels à la croissance bleue (e.g. tourisme maritime, EMR, pêche, aquaculture, ressources minérales marines, biotechnologies, transport maritime, construction navale), il est primordial de questionner nos capacités à prendre en compte les impacts de ces activités. A partir d’un état des lieux de la compensation sur le milieu marin en France, il s’agit d’identifier les limites du système actuel et de proposer des pistes d’amélioration. Ces dernières peuvent être méthodologiques et techniques, liées à la prise en compte de nouvelles approches ou à l’émergence de nouveaux systèmes de gouvernance. A travers l’analyse d’une cinquantaine d’études d’impacts françaises, les pressions et impacts générés par différents projets d’aménagements (infrastructures portuaires, dragages, extractions de granulats, prises et rejets d’eau, etc.) sont examinés et la pertinence des mesures ERC proposées est discutée. Ensuite, en se basant sur une revue bibliographique, la faisabilité et l’efficacité des techniques d’ingénierie écologique (écoconceptions portuaires, bio-remédiation et techniques de restauration des herbiers, macro-algues, récifs coralliens, populations d’ichtyofaune et bivalves) sont évaluées au regard des exigences de la séquence ERC. Cette analyse permet de discuter de la notion d’équivalence écologique et de proposer un arbre de décision original. D’autre part, constatant que les mesures compensatoires proposées dans les études d’impact ne sont que très rarement dimensionnées, une méthode opérationnelle permettant d’évaluer les besoins compensatoires est élaborée. Cette méthode associe une analyse multicritère de l’état de l’environnement inspirée de l’Unified Mitigation Assessment Method (UMAM, méthode utilisée en Floride pour les impacts autorisés) et une évaluation plus fine à l’échelle d’un indicateur empruntée à l’Habitat Equivalency Analysis (HEA, développée par la NOAA pour la compensation des dommages accidentels). Il s’agit ensuite d’examiner l’utilisation actuelle de l’approche par les services écosystémiques dans la compensation à travers la réglementation, les standards internationaux et la littérature scientifique. L’objectif est d’étudier en quoi cette approche permettrait d’améliorer la mise en place de la compensation mais aussi d’en souligner les limites. Enfin, l’approche sociologique de l’acteur-réseau (Callon, Latour) permet d’analyser les différents types organisationnels ayant émergé autour de la compensation en Californie. L’objectif est de critiquer, à partir de situations constatées en France et aux Etats-Unis, les réponses formulées en termes de gouvernance par ces deux sociétés côtières exigeant un principe de compensation. Ce travail souligne la nécessité de mettre en place des mesures ambitieuses et efficaces de compensation afin que le développement économique maritime cesse de contribuer à l’érosion de la biodiversité. / My research topic is multidisciplinary combining geography, ecology and economics and addressing the efficiency of current marine offset practice. Building on a state of the art of current practice, I am working on a more prospective approach (compared to current research on mitigation targeting terrestrial ecosystems). By offset, I am referring to legal mitigation that consists in avoiding – reducing – offsetting adverse impacts of development projects such as dredging, port infrastructure, oil exploration, marine aggregate extraction, beach nourishment, etc. on marine and coastal ecosystems. Based on a review of around fifty French marine Environmental Impact Assessments (EIAs), I analyzed the assessment of impacts, the use of offset sizing methods (robust method to assess ecological losses due to development projects and ecological gains created by offset measures) and the kind of measures proposed. Within these EIAs, sizing methods were seldom used and the very few measures suggested to offset residual impacts could be questioned in terms of equivalency and appropriateness. These measures were either ecological engineering techniques (such as seagrass or coral restoration), management measures (used to reduce pressure on the impacted ecosystems through the funding of management measures in Marine Protected Areas for example) or even knowledge acquisition. Thus, I am also looking at the efficiency of ecological engineering techniques on marine and coastal ecosystems. My research mainly focuses on the offset of authorized impacts but could also deals with some aspects of the offset of accidental damages.

En réponse aux pertes de biodiversité et à une insécurité alimentaire croissante, l’agriculture moderne doit se tourner vers une gestion plus durable des paysages agricoles. L’Agriculture Biologique (AB) est considérée comme une solution prometteuse à ces enjeux. En effet, ses pratiques agricoles étant globalement plus favorables aux ennemis naturels de ravageurs que celles de l’Agriculture Conventionnelle (AC), elle pourrait permettre de remplacer l'utilisation des pesticides par celle du contrôle biologique. Cependant, les études évaluant ces effets restent contradictoires, probablement car elles ne tiennent pas compte de la diversité des pratiques réalisées en AB et en AC. A plus large échelle, les pratiques ont par ailleurs rarement été considérées dans la description de l’hétérogénéité paysagère, bien que la nature et l’organisation spatiale de la matrice agricole soit susceptible d’affecter les espèces qui y vivent. L’objectif de ce travail de thèse est d’évaluer les effets de la diversité et de l’organisation spatiale des pratiques en AB et en AC sur les insectes auxiliaires, à l’échelle de la parcelle et du paysage. Un travail de terrain a été réalisé en 2012 et 2013 en Ille et Vilaine. Quarante paires de parcelles de blé d’hiver en AB et en AC ont été sélectionnées, réparties le long d’un gradient paysager de surfaces en AB. Dans chaque parcelle, les communautés d'ennemis naturels de pucerons (coccinelles, carabes, parasitoïdes) ont été échantillonnées. Des enquêtes ont permis de caractériser les pratiques agricoles réalisées par les agriculteurs dans les parcelles suivies et dans leur environnement paysager. Nous avons mis en évidence l’existence d’une large diversité de pratiques agricoles dans les systèmes en AB et en AC. A l’échelle parcellaire, les effets des pratiques sur la diversité des insectes auxiliaires sont forts, les systèmes en AB leur étant globalement plus favorables. Considérer un niveau plus fin de description des pratiques nous a permis d’identifier celles qui affectent réellement les insectes et de montrer qu’il est possible de favoriser leur présence, quel que soit le mode de production. A l’échelle du paysage, nous n’avons mis en évidence aucun effet de l’étendue et de l’organisation de l’AB sur les ennemis naturels. Une description plus fine des pratiques nous a malgré tout permis de souligner l’importance de certaines stratégies de pratiques, à certaines échelles. A partir de ces résultats, nous proposons des pistes pour l’aménagement des paysages agricoles. Les problèmes méthodologiques liés à la description des pratiques agricoles à l’échelle du paysage sont également discutés. / Due to the loss of biodiversity and increasing food insecurity, modern agriculture must evolve toward a more sustainable management of agricultural landscapes. Organic Farming (OF) is considered as a promising solution to meet this challenge. Organic practices are indeed generally more favorable to pest natural enemies than Conventional Farming (CF), suggesting that pesticides could be replaced by biological control. However, studies evaluating these effects are contradictory, probably because they do not consider the diversity of practices implemented in OF and CF. On a broader scale, practices have rarely been considered in the description of landscape heterogeneity, although the nature and configuration of farmland must affect species. The target of this PhD work is to evaluate the effects of the diversity and spatial organization of organic and conventional farming practices on insect natural enemies, at field and landscape scales. A fieldwork was conducted in 2012 and 2013 in Brittany. Forty pairs of organic and conventional winter wheat fields were selected, distributed along a landscape gradient of OF area. In each field, aphid natural enemies (ladybirds, carabid beetles, parasitoids) were sampled. We interviewed farmers to characterize farming practices implemented in fields and their surrounding landscape. We observed a wide diversity of farming practices in OF and CF. At field scale, effects of practices on the diversity of natural enemies were strong, OF being overall more favorable. Considering a finer description of practices allowed us identifying those really affecting insects, and showing they can be enhanced regardless of the farming type. At landscape scale, we found no effect of the OF area and configuration on natural enemies. With a more detailed description of practices, we however highlighted the importance of some farming strategies, at some scales. Based on these results, we open up avenues to manage agricultural landscapes. Methodological issues related to the description of farming practices on large areas are also discussed.

Dans la quête de la mise en place d’une stratégie d’aménagement écosystémique (AE) dans la forêt boréale de l’est du Canada, nous avons réalisé une étude de faisabilité sur la viabilité économique, l’acceptabilité sociale et la pertinence écologique. À l’aide de modèles d’approvisionnement en bois, nous avons comparé une stratégie AE à une stratégie de normalisation des forêts (status quo) afin d’en évaluer sa robustesse et son l’adaptabilité face à l'augmentation du taux de brûlage et des anomalies de croissance induites par les changements climatiques. Les modèles d'approvisionnement en bois utilisent le plus souvent un modèle de croissance et de rendement calibré à l'échelle du peuplement (tables de production) pour projeter l’évolution du volume marchand des strates d’aménagement. Puisque les stratégies d'aménagement écosystémique ont tendance à repousser l'âge d'exploitabilité, il est pertinent d'évaluer jusqu'à quel degré les tables de production actuelles peuvent être utilisées comme intrant dans un contexte d'aménagement écosystémique. Lorsqu’une table de production est évaluée relativement à un modèle de croissance calibré à l’échelle de l’arbre, nous montrons que bien que le modèle à l’échelle d'arbre semble moins biaisé, aucun modèle performe de manière adéquate pour prédire la croissance en volume marchand dans notre aire d’étude, particulièrement lorsque nous subdivisons les données par les attributs qui peuvent jouer un rôle pendant la mise en place d’AÉ. Pour les deux modèles, la source majeure d’erreur est liée à la densité du peuplement. Grâce à leur simplicité relative, nous avons préféré utiliser les tables de production pour élaborer nos modèles d’approvisionnement en bois. La programmation linéaire standard a été utilisée pour tester les effets de quatre enjeux clefs sur le niveau d’approvisionnement en bois: (1) tendre vers une structure d’âge forestière établie à partir du régime naturel des feux et de la dynamique forestière, (2) agglomérer les blocs de récolte dans des chantiers de récolte afin de reproduire les patrons de perturbation naturelle à l’échelle du paysage, (3) maintenir les taux cumulés de coupe totale et de perturbation naturelle à l’intérieur du domaine historique de variabilité, et (4) exclure de la récolte les aires d’intérêt potentiel pour les peuples autochtones. Comparé à un scénario de status quo, l’inclusion des trois premiers enjeux résulte en une baisse de 3 à 22% de l’approvisionnement périodique et une période de restauration requérant que la coupe totale soit exclue sur 43 à 67% de la superficie productive pour les prochains 50 ans. Une validation des filtres bruts utilisés dans cette étude (les trois premiers enjeux) a été faite en utilisant les besoins en habitats du caribou des bois (Rangifer tarandus caribou). Pratiquement tous les scénarios induisaient un taux de perturbation susceptible de permettre le maintien du caribou des bois d’ici 25 ans. Enfin, nous avons intégré le taux de brûlage et la sensibilité des tables de production au climat dans nos modèles d’approvisionnement afin de quantifier les incertitudes induites par le climat et les feux pour les deux stratégies d’aménagements. Les deux modèles suggèrent une réduction de l’approvisionnement périodique en bois entre 13 et 79%. Même si les indicateurs écologiques favorisent l’AE par rapport la normalisation des forêts, juste un changement de stratégie n’est pas suffisant faire face aux impacts du risque de feu et des changements climatiques en forêt boréale. Mots clefs: Forêt boréale, aménagement écosystémique, croissance et rendement, faisabilité, adaptation, feux de la forêt, changements climatiques / In the quest of implementing an ecosystem-based management (EBM) in a boreal forest in eastern Canada, we conducted a feasibility study focusing on ecological suitability, economic viability and social acceptability. Through timber supply models, we compared the outputs of EBM with a business as usual (BAU) management to determine former’s robustness and adaptability to the increase in wildfire and growth anomalies induced by climate changes. Timber supply analyses use yield models, most often at the stand-level to project harvestable volume over the planning horizon. Since EBM tend to delay harvesting age, the question may be raised on to what extent existing yield tables can be used with such strategies. When a yield table is rated against a tree-level model, we show that although the tree-level model is less biased, none of the models performed adequately to predict the volume growth of our study area, especially when subdividing the data by attributes that may have an important role while implementing EBM. For both models, the major source of error was related to stand density. Due to its relative simplicity, we chose stand-level yield tables to build our timber supply models. We then carried out a feasibility study of implementing an EBM strategy in a boreal forest in eastern Canada. With standard linear programming, we tested four policy issues; age structure, harvest agglomeration; limit of cumulative disturbance, and land base of aboriginal interest. These issues were dealt with 3% – 22% reduction in periodic wood supply and a transition period of 50 years where clear-cut needs to be excluded in 43% – 67% of the productive area. Validation of the outputs through habitat requirement of woodland caribou (Rangifer tarandus caribou) as a fine filter showed that most of the scenarios should likely allow a self-sustaining caribou population within next 25-years. Finally, we integrated climate sensitive fire burn rates and yield tables in the timber supply models to quantify the uncertainty induced by climate and fire under both management strategies. Both models responded with a reduction of periodic wood supply by 13% – 79%. Although ecological indicators are relatively better under EBM, merely switching the management strategy is not enough to address the impacts of fire and climate change in the boreal forests. Key words: Boreal forest, ecosystem-based management, growth and yield, feasibility, adaptation, wildfire, climate change