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

Résumé: Deux facteurs principaux, une fois combinés, permettent de comprendre l’assemblage des communautés, soient i) l’environnement (abiotique et biotique), qui agit comme un filtre sélectionnant les espèces les mieux adaptées aux conditions données, et ii) les traits fonctionnels, sur lesquels s’effectue ce filtrage environnemental puisqu’ils représentent les adaptations des espèces aux conditions données. Il est donc essentiel d’établir des relations fiables entre les conditions environnementales et la structure fonctionnelle des communautés afin de pouvoir identifier et comprendre les mécanismes régissant l’assemblage des communautés. Cependant, plusieurs facteurs tels que les interactions entre variables environnementales à différentes échelles spatiales (par exemple le climat et la fertilité des sols) peuvent complexifier la situation et c’est pourquoi, malgré une quantité grandissante d’études sur le sujet, les processus d’assemblage des communautés restent difficiles à définir et à généraliser. Cette thèse vise donc à i) mieux définir et quantifier les relations trait-environnement des systèmes d’herbacées au travers de différentes échelles spatiales et ii) déterminer l’influence de ces relations sur l’assemblage des communautés et le fonctionnement des écosystèmes. Pour réaliser ces objectifs, j’ai travaillé avec les données de programmes ayant collecté des données taxonomiques et fonctionnelles sur les communautés d’herbacées à travers la France (DivHerbe et DivGrass) et, à moindre mesure, l’Europe (VISTA). Ces bases de données couvrent donc de larges gradients climatiques régionaux ainsi que des gradients environnementaux plus locaux relatifs à la qualité des sols et aux perturbations. J’ai d’abord testé l’importance de considérer à la fois des variables environnementales locales et régionales ainsi que leurs interactions pour déterminer la structure fonctionnelle et taxonomique des communautés. J’ai ensuite étudié comment l’importance relative des processus menant soit à la convergence ou à la divergence fonctionnelle peut changer le long d’une succession, puis comment ces deux types de processus influencent notre capacité à prédire l’assemblage des communautés à partir des traits fonctionnels. Finalement, j’ai présenté comment les résultats au niveau des communautés peuvent être utiles pour étudier le niveau des écosystèmes. Les résultats de cette thèse démontrent que les variables climatiques régionales interagissent fortement avec les variables environnementales locales pour influencer les processus locaux déterminant l’assemblage des communautés. Évaluer le contexte régional semble donc nécessaire afin d’éviter des interprétations erronées des patrons d’assemblage observés. Travaillant avec ces deux niveaux de variation environnementale, une dissociation important entre la variation taxonomique et fonctionnelle des communautés a été mise à jour, reflétant l’importance de considérer plusieurs facettes de biodiversité pour comprendre la dynamique des communautés. Les résultats ont aussi démontré que les processus d’assemblage menant à la convergence et à la divergence ont un impact très différent et prédictible sur les relations liant les traits et les abondances des espèces, c’est-à-dire notre capacité à prédire l’assemblage des communautés à partir des traits. Finalement, toutes ces notions, relatives aux relations trait-environnement et à l’assemblage des communautés basé sur les traits, ont été utilisées dans un contexte de biogéographie fonctionnelle. Il a été démontré qu’il était possible de construire des cartes de valeurs de traits fonctionnels dans les prairies permanentes à l’échelle de la France, à partir de variables environnementales. Certaines propriétés écosystémiques ont ensuite pu être prédites à partir de ces cartes. Ces travaux ont donc permis d’illustrer les défis à surmonter pour utiliser nos connaissances de l’écologie fonctionnelle en vue d’une conservation et d’une exploitation viables de nos écosystèmes. / Abstract: There are two main factors which, combined together, allow understanding community assembly : i) the environment (both abiotic and biotic), which acts as a filter selecting species according to how well-adapted they are to given conditions, and ii) functional traits, on which this environmental filtering occurs since they represent species adaptations to particular conditions. It is thus essential to establish reliable relationships between environmental conditions and the functional structure of communities in order to identify and understand the mechanisms driving community assembly. However, several factors such as cross-scale interactions between environmental variables (e.g. between climate and soil fertility) complicate the situation. This is why, despite a growing body of studies on the subject, processes of community assembly are still poorly understood and are difficult to generalize. The purpose of this thesis is to i) better define and quantify the trait-environment relationships in herbaceous systems across different spatial scales and ii) determine the influence of those relationships on community assembly and on ecosystem functioning. To realize these objectives, I worked with data from programs which assembled taxonomic and functional data on herbaceous communities across France (DivHerbe and DivGrass) and, to a lesser extent, Europe (VISTA). These databases thus cover large regional climatic gradients, as well as more local environmental gradients related to soil quality and disturbances. I first tested the importance of simultaneously considering local and regional environmental variables as well as their interactions to determine the taxonomic and functional structure of communities. Then, I studied how the relative importance of processes leading to either functional convergence or divergence can change along a successional gradient, and how these two types of processes influence our ability to predict community assembly from functional traits. Finally, I presented how the results at the community-level can be used to study the ecosystem-level. The results of this thesis demonstrate that regional climatic variables strongly interact with local environmental variables in driving the local processes responsible for community assembly. Assessing the regional context is thus necessary in order to avoid erroneous interpretations of observed assembly patterns. Working with those two levels of environmental variation, important discrepancies were found between taxonomic and functional variations across communities, reflecting the importance of considering several aspects of biodiversity in order to understand community dynamics. The results also demonstrated that the assembly processes leading to functional convergence and divergence have a very different and predictable impact on the relationships between traits and species relative abundances, i.e. on our ability to predict community assembly from traits. Finally, these notions related to trait-environment relationships and to trait-based community assembly were used in a functional biogeography framework: It was possible to build maps of functional traits values in permanent grasslands across France using environmental variables. These maps then allowed predicting particular ecosystem properties. Thus, this work allowed illustrating some challenges that we are facing in using our knowledge in functional ecology to build sustainable conservation and exploitation plans for our ecosystems.

Les sources hydrothermales océaniques profondes renferment des écosystèmes extrêmes, situés dans la zone abyssale des Océans. Dans ces environnements dépourvus de lumière, la production primaire est réalisée par la chimiosynthèse microbienne. Ces milieux sont colonisés par des espèces animales, dont la plupart vivent en associations plus ou moins fortes avec des micro-organismes. La crevette Rimicaris exoculata est une espèce hydrothermale endémique des sites de la Ride-Médio-Atlantique (MAR), qui domine la plupart des sites qu’elle colonise. Ce crustacé a pour particularité de posséder deux communautés symbiotiques : une située dans son céphalothorax hypertrophié et une inféodée à son tractus digestif. Tout d’abord, ce travail de thèse s’est concentré sur l’étude de la communication bactérienne (Quorum Sensing ou QS) au sein des communautés ectosymbiotiques de R. exoculata au cours de son cycle de mue et de vie. Ensuite, ce travail s’est focalisé sur l’identification d’un peptide antimicrobien (PAM), puis à rechercher sa fonction dans l'immunité et le contrôle des symbiotes chez Rimicaris exoculata. Ce travail a permis, d’une part, de confirmer la présence de deux gènes du QS (luxS et luxR) dans les communautés ectosymbiotiques de R. exoculata sur quatre sites hydrothermaux : Rainbow, TAG, Snake Pit et Logatchev. Ces gènes étant plus divergents que ceux de l'ARNr 16S, leur utilisation comme marqueurs génétiques biogéographiques pour retracer l'origine des individus est discuté. Ce travail a permis, d’autre part, d’identifier pour la première fois un PAM (sus nommé Re-crustin), chez un arthropode hydrothermal. Les données suggèrent une participation de ce PAM dans le contrôle de l’ectosymbiose. L’ensemble de ces travaux apporte de nouvelles hypothèses sur l’interaction entre les épibiontes du céphalothorax et la crevette Rimicaris exoculata. / Deprived of light, the deep-sea hydrothermal vents are extremes ecosystems sustained by micobial chemosynthesis. These environments are colonized by animal species living in close relationships with these chemoautotrophic micro-organisms, eating them or establishing long term interactions with them, may they be trophic or not only. The shrimp Rimicaris exoculata is an endemic hydrothermal species of the Mid-Atlantic Ridge (MAR) sites. This crustacean represents the predominant macrofauna of some sites of the MAR. It lives in symbiotic association with two distinct microbial communities qualified as ectosymbiosis. One is located in its gill chamber and one in its gut. First, this work focused on the study of bacterial communication (Quorum Sensing or QS) within the ectosymbiontic communities during the molting and life cycles of R. exoculata. Then, we focused on an antimicrobial peptide (AMP) identification and search for its function in R. exoculata immunity and in controlling symbionts. Two QS genes (luxS and luxR) were identified in the R. exoculata ectosymbiontic community at different shrimp molt stages and life stages at the Rainbow, TAG, Snake Pit and Logatchev vent sites.As these genes are more divergent than that of 16S rRNA, they could be then used as biogeographical genetic markers tools to trace back the origin of individuals to a location or between locations along its life cycle. This work reports also the first description of an AMP in an extremophile arthropod (namely Recrustin). Data suggest a participation of this AMP in the control of the ectosymbiosis in Rimicarisexoculata. All this work provides new hypotheses wich are discussed in the manuscript, dealing with the interaction between symbionts and Rimicaris exoculata.

Les récifs coralliens hébergent la plus grande biodiversité sur Terre et fournissent la nourriture, le revenu économique, la protection côtière et les valeurs culturelles pour des millions de personnes. L'accessibilité des écosystèmes via les réseaux routiers est un déterminant majeur de leurs conditions, les écosystèmes les plus accessibles étant les plus menacées. Longtemps, l’estimation de l'accessibilité par l’Homme s’est limitée à l'utilisation de la distance linéaire qui ignore l’irrégularité des côtes maritimes et les réseaux routiers, facteurs influençant le temps nécessaire pour atteindre les lieux de pêche. Cette thèse présente un double enjeu : (i) développer des indices d'accessibilité intégrant l’hétérogénéité du milieu marin pour quantifier les impacts humains sur les récifs ; (ii) évaluer l'importance de ces nouveaux indices, en interaction avec les mesures de protection, pour expliquer les variations de la biomasse de poissons. Dans un premier temps, j’ai caractérisé la proximité des hommes aux récifs, en tenant compte des surfaces rencontrées (routes, chemin, eau) qui influencent le temps de trajet jusqu’aux récifs. Le temps de trajet a permis de calculer un indice de gravité, défini comme la population humaine divisée par le temps de trajet au carré, pour évaluer le niveau de pression humaine de n'importe quel récif au monde. J'ai trouvé que le temps de trajet et la gravité sont des déterminants majeurs de la biomasse de poissons à l’échelle globale. Dans un second temps, trois applications utilisant ces nouveaux indices ont permis de montrer que (i) la gravité permet de révéler l’efficacité des actions de conservation : les réserves placées là où les impacts humains sont modérés à forts fournissent des gains de conservation élevés pour la biomasse de poissons, mais elles sont peu susceptibles de protéger les prédateurs supérieurs, qui sont uniquement présent dans les réserves soumises à de faibles impacts humains ; (ii) en utilisant un cas d'étude réalisé dans le Nord-Ouest de Madagascar, j'ai illustré comment la proximité du marché peut affecter les communautés de pêcheurs et, finalement, engendrer des changements dans l'exploitation des ressources marines ; (iii) j’ai développé une nouvelle approche, le Community-Wide Scan (CWS), pour identifier les espèces de poissons qui contribuent de manière significative à la biomasse et à la couverture corallienne des récifs de l’Indopacifique, celles-ci pouvant constituer des espèces cibles à protéger. Dans le contexte de changements globaux et de perte de biodiversité, la mesure d’accessibilité constitue un outil puissant et permet de relancer le défi de gestion durable et efficace des socio-écosystèmes coralliens. / Coral reefs have the greatest biodiversity of any ecosystem on the planet and support ecosystem goods and services to million people who depend directly on them for food, economic income, coastal protection and cultural values. Ecosystem accessibility, through road networks, is the main driver of their conditions, with the most accessible ecosystems being most at risk of resource depletion. To date, measuring accessibility to humans was strictly limited to examining the linear distance which ignores ragged coastlines and road networks that can affect the time required to reach fishing grounds. This thesis presents a double challenge: (i) developing new metrics of accessibility that account for seascape heterogeneity to better assess human impacts on coral reefs; (ii) evaluating the importance of coral reef accessibility, in interactions with their management, to explain variations of fish biomass. First, I developed novel metrics of reef proximity to human populations and markets based on the friction distance which is related to transport surfaces (paved road, dirt road, water) influencing the effective reach of human settlements. Travel time was used to build the gravity index, defined as human population divided by the squared travel time, to assess the level of human pressure on any reef of the world. I found that both travel time and gravity are strong predictors of fish biomass globally. Second, three applications using these new metrics highlighted that (i) gravity identified critical ecological trade-offs in conservation since reserves placed with moderate-to-high impacts may provide substantial conservation gains for fish biomass while reserve locations with low human impacts were more likely to support higher-order predation, (ii) using a study case in Northwest Madagascar, I illustrated how market proximity can affect fishermen communities and, ultimately, trigger changes in marine resources exploitation, and (iii) I implemented a new Community-Wide Scan (CWS) approach to identify fish species that significantly contribute to the biomass and coral cover on Indo-Pacific reefs and which provided tractable conservation targets. Within the context of global changes and biodiversity loss, the thesis challenges the sustainable and efficient management of coral reef socio-ecological systems with accessibility being the cornerstone.

Les épisodes de mortalité massive de l’huître creuse Crassostreae gigas observés sur les côtes françaises depuis 2008 ont été associés à certaines espèces appartenant au genre bactérien Vibrio. Ces mortalités, particulièrement intenses et rapides au cœur des lagunes méditerranéennes, atteignent 80 à 100% de la production ostréicole remettant ainsi en cause la pérennité de cette activité. Une surveillance environnementale de ces bactéries apparait donc essentielle et nécessite la mise au point de méthodes d’analyse innovantes, alternatives aux techniques couramment employées, afin de permettre un suivi rapide et en temps réel des Vibrio dans les milieux aquatiques côtiers.Dans ce contexte, l’objectif de cette thèse a été de concevoir des outils analytiques de type génocapteurs pour la détection et la quantification des Vibrio dans les écosystèmes aquatiques. Dans un premier temps, un système basé sur un format d’hybridation « sandwich » reposant sur l’intercalation des acides nucléiques cibles entre une sonde capture immobilisée et une sonde signal marquée, couplé à une détection optique, a été élaboré. Après optimisation des conditions expérimentales, le test développé s’est avéré très sensible avec une limite de détection de 5 ng.µL-1 d’acides nucléiques, ainsi qu’hautement spécifique du genre Vibrio. La méthode a ensuite été appliquée avec succès à la détection des Vibrio dans des échantillons environnementaux, collectés dans la lagune de Salses-Leucate. Un second format d’hybridation, basé sur la compétition entre les acides nucléiques cibles et la sonde capture pour la sonde signal, a ensuite été envisagé en utilisant aussi bien une transduction optique qu’électrochimique. En parallèle, des méthodes de PCR quantitative en temps réel ont été mises au point afin de servir de références pour la validation des génocapteurs. / Mass mortality events affecting the Pacific oyster Crassostreae gigas on French coasts since 2008 have been associated to some Vibrio species. These mortalities, particularly severe and sudden in the mediterranean lagoons, can reach 80 to 100% of the oyster production threatening the sustainability of this activity. An environmental monitoring of these bacteria appears essential and, for this purpose, innovative analytical methods have to be developed as alternative to classical techniques, in order to allow the rapid and in real time monitoring of Vibrio in the coastal aquatic environments. In this context, the objective of the thesis was to design genosensors as analytical tools for Vibrio detection and quantification in aquatic ecosystems. In a first step, a system based on a « sandwich » hybridization format, in which nucleic acid targets were bound between an immobilized capture probe and a labeled signal probe, coupled with an optical detection method, was developed. After experimental condition optimization, the test showed high sensitivity with a limit of detection of 5 ng.µL-1 of nucleic acids and was highly specific to Vibrio spp. The method was then successfully applied to Vibrio detection in environmental samples collected in Salses-Leucate lagoon. A second hybridization format, based on a competition between the targeted nucleic acids and the capture probe for the signal probe has been considered using both optical and electrochemical transductions. Concurrently with the development of genosensors, quantitative real-time PCR have been designed as reference methods.

Les inventaires d'émissions biogéniques dans les modèles de qualité de l'air sont peu adaptés, car basés sur l'utilisation de facteurs d'émission (FE) moyens ils intègrent partiellement les variables environnementales et techniques pilotant ces émissions. Le but de cette thèse a été d'améliorer la prise en compte des émissions de NO par les sols agricoles dans le modèle de chimie transport CHIMERE. Ce travail se base sur un modèle d'agro-écosystème CERES-EGC, qui simule la dynamique de l'azote dans le système sol-plante. Un module d'émission de NO y a été intégré et le test sur des données expérimentales a montré la nécessité de modéliser les échanges de masse et de chaleur près de la surface du sol. Des simulations annuelles ont révélé une variabilité saisonnière des émissions selon le climat et les pratiques culturales. Les émissions varient de 1 à 4 kg N-NO ha-1 sur un an, soit à des FEs de 1-2% selon les doses de fertilisation. Puis, une cartographie des émissions a été réalisée pour l'Ile de France, en combinant l'utilisation de CERES-EGC à des méthodes de systèmes d'information géographique et diverses bases de données. La prise en compte des pédopaysages de la région a fortement influencé les émissions. Notre approche conduit à des émissions totales de 2.7 kt N-NO sur 14 mois et à une moyenne de 5.1 kg N-NO ha-1 (FE de 3.4%). Enfin, l'outil a été couplé à CHIMERE afin d'évaluer l'impact des émissions de NOx par les sols sur la formation d'O3. L'influence des émissions s'explique par les régimes chimiques (perte d'Ox dans le panache urbain et production d'Ox supplémentaire aux alentours) et varie de 1 à 8 ppb d'Ox pour des concentrations de fond de 50 à 100 ppb.

Dans le contexte des changements climatiques, l'objectif du travail effectué est de caractériser l'hétérogénéité du continent africain afin de mieux comprendre et quantifier les processus de surface agissant sur les flux hydriques. Ce travail s'inscrit dans le cadre de la mise à jour de la base de données ECOCLIMAP-I constituée d'une carte d'occupation des sols et des cartes de paramètres biophysiques. Pour cela, on s'appuie sur des données de télédétection acquises par les capteurs de dernière génération MODIS et SPOT/VEGETATION entre 2000 et 2007. Dans un premier temps, deux techniques de classification ont été développées afin de cartographier les différents écosystèmes. L'une, supervisée, a été conduite dans le contexte du programme AMMA afin de discriminer les écosystèmes sur la région ouest-africaine en combinant l'information complémentaire contenue dans les cartes d'occupation du sol GLC2000 et ECOCLIMAP-I par analyse supervisée de l'indice foliaire (LAI) MODIS. L'autre, non supervisée et hybride, utilise les principes de regroupement hiérarchique et dynamique de manière automatique en combinant l'usage du classificateur k-NN et celui de la transformée de Fourier Discrète sur la base des données d'indice de végétation normalisé (NDVI) SPOT/VEGETATION pour identifier les écosystèmes africains. Dans un deuxième temps, des méthodes d'estimation des paramètres biophysiques tels que l'albédo, la fraction de végétation, l'indice foliaire ont été développées et/ou appliquées sur le continent. Une approche statistique permet de déterminer la contribution du sol nu et de la végétation à la constitution de l'albédo de surface comme tel que cela est requis dans les modèles de surface. La méthode a d'abord été appliquée sur la région ouest-africaine et sa robustesse a été prouvée lors de son application à l'intégralité du continent africain. Ces conditions de surface ont ensuite été implémentées dans le modèle de surface ISBA pour reproduire les processus de surface. La sensibilité d'ISBA au forçage physiographique a été étudiée en analysant deux simulations avec le même forçage atmosphérique sur la région ouest-africaine : l'une en utilisant la classification ECOCLIMAP-I et l'autre en utilisant la nouvelle paramétrisation de la surface développée sur la région ouest-africaine. Les flux de chaleur latente et sensible sont principalement pilotés par la fraction de végétation. Le modèle ISBA peut être utilisé pour prédire l'impact d'un changement d'occupation du sol et par conséquent des actions anthropiques sur le bilan hydrique.

Mon activité de recherche concerne la dynamique des sédiments cohésifs, appliquée aux écosystèmes côtiers et continentaux. Du fait de son impact sur le transit des polluants et la dégradation des sols, cette activité figure au coeur des missions de l'Institut de Recherche pour le Développement auquel j'appartiens. La dégradation de la quantité et de la qualité des sols constitue un enjeu de Société, notamment en terme de sécurité alimentaire. Les principaux résultats de recherche obtenus concernent : 1. les processus physiques de dépôt des sédiments cohésifs dans les systèmes aquatiques naturels (laboratoire et estuaire de la Gironde) 2. la vulnérabilité de l'écosystème côtier aux modifications géomorphologiques (Guyane) 3. la dégradation des écosystèmes continentaux semi-arides par érosion des sols (France et Mexique) 1. Le premier thème de recherche a essentiellement été abordé sous un angle expérimental et analytique en étroite collaboration avec M. Mory, H. Michallet (Laboratoire des Ecoulements Géophysiques et Industriels, Grenoble) et A.Manning (Marine Institute of the University of Plymouth, UK) dans le cadre du projet européen COSINUS. Les avancées principales attraient à la floculation des sédiments fins et la dynamique des fluides stratifiés particulaires en milieux naturels (rivière, lac, estuaire, côte). Le flux massique de dépôt des sédiments croît fortement avec la concentration en matière solide C dans la gamme [0-1] g.l-1. La diminution de la distance inter-floc (d/Df ~O(10)) entraîne une augmentation du nombre de chocs et favorise la floculation. Pour des concentrations plus élevées (1-5 g.l-1), nous avons pu montrer expérimentalement que l'augmentation drastique du nombre de collisions ne modifiait pas le caractère constructif (floculation) des collisions et cela, même dans des conditions de turbulence significatives (Gratiot and Manning, 2004 ; 2007a ; 2007b). Pour des concentrations dans la gamme C=[5-100] g.l-1, le comportement des sédiments cohésifs nécessite une approche multidisciplinaire alliant la physique des flocs, la mécanique des fluides et la rhéologie. Du fait des difficultés d'instrumentation inhérentes aux crèmes de vase (très forte concentration, mesures très près du fond), nos contributions les plus significatives sur le dépôt des sédiments cohésifs ont été obtenues en laboratoire (Gratiot et al., 2005) puis ont été appliquées sur l'estuaire de la Gironde dans le cadre d'une collaboration avec l'UMR Environnements et Paléoenvironnements OCéaniques (EPOC, Bordeaux) et le Laboratoire des Ecoulements Géophysiques et Industriels (LEGI, Grenoble) (Sottolichio et al., submitted). Nous avons pu montrer que l'évolution du flux de chute des sédiments ws C ) varie de plusieurs ordres selon la nature des sédiments (cohésifs ou non cohésifs), le régime de l'écoulement (laminaire ou turbulent) et la concentration. 2. A plus grande échelle, nous nous sommes intéressés à la dynamique de l'écosystème côtier du plateau des Guyanes (Amérique du Sud). Ce travail s'est fait en interaction avec différents acteurs de la recherche (acteurs du Programme National d'Environnement Côtier : chantier Guyane), de l'Observation de la Terre depuis l'espace (CNES-CSG) et de la protection de la Nature (WWF, association Kwata). Le développement de méthodes de suivi de l'écosystème et le couplage des approches de laboratoire et de terrain ont conduit à des avancées quant à la migration des bancs de vase (Baghdadi et al., 2004 ; Gardel and Gratiot, 2005, 2006 ; Gratiot et al., 2007 ; Anthony et al., 2008 ;Gratiot et al., 2008), la colonisation de la frange côtière par la mangrove (Fiot and Gratiot 2006 ; Proisy et al. 2009) ou encore la vulnérabilité de l'écosystème à la dynamique côtière (Lefebvre et al. 2004 ; Gratiot et al., 2006 ; Kelle et al., 2007, 2009). Le résultat le plus original précise le rôle du cycle nodal de marée (à 18.6 ans) sur la vulnérabilité côtière, avec des extrapolations possibles à l'échelle planétaire (Gratiot et al., 2008). 3. Depuis mon intégration au sein de l'équipe RIVER du Laboratoire des Transferts en Hydrologie et Environnement (jan. 2005), j'aborde la dynamique sédimentaire en milieu continental semi-aride. Deux sites pilotes (BV de la Bléone, France ; BV de Cointzio, Mexique) ont été retenus et sont soutenus au plan national (projet ANR STREAMS, 2007-2009) et international (projet Européen DESIRE, convention IRD-Univ. National. Auton. de Mexico, 2007-2011). Le suivi en continu du réservoir de Cointzio a révélé un fonctionnement hydro-sédimentaire particulièrement contraignant, tant pour l'écosystème que pour les gestionnaires. Situé dans un environnement de pluie tropicale de montagne, les caractéristiques morphométriques du réservoir (profond et de faible volume) amplifient les variabilités locales. L'écosystème lacustre s'adapte donc à des conditions environnementales très contrastées au cours de l'année (Susperregui et al., 2009 ; Némery et al., 2009). L'évolution pluri-décennale du cycle de l'eau sur le bassin versant de Cointzio a, quant à elle, révélé une augmentation significative de la contribution des eaux de ruissellement vis-à-vis des eaux de nappes (Gratiot et al., 2010). Cette évolution est une conséquence directe et préoccupante des changements anthropiques engagés depuis les années 1970. Les travaux en cours visent à caractériser les temps de résidence des sédiments, les flux sédimentaires et biogéochimiques associés, en couplant approches hydro-sédimentaire et de traçage (par éléments majeurs, par spectrométrie et par datation isotopique) (Duvert et al., 2009 ; Evrard et al., in prep.). Par la suite, l'inter comparaison des bassins versants de la Bléone (France) et de Cointzio (Mexique) devrait permettre des avancées significatives quant à l'optimisation des protocoles d'échantillonnage (Borga et al., 2008 ; Némery et al., 2010) et la définition des invariants qui gouvernent la dynamique sédimentaire des bassins versants de meso-échelle.

Cette thèse se propose d'évaluer comment peut-on gérer durablement l'espace montagnard, de telle manière qu'on puisse assurer les impératives de protection et de conservation des éléments naturels par rapport aux besoins d'utilisation de cet espace par la population locale. Les deux études de cas de notre recherche ont un statut spécial dans cette problématique : il s'agit de deux réserves naturelles situées en zone montagnarde, les réserves naturelles L'épicéa de résonance de Lăpuşna (Carpates roumaines) et Les Hauts de Chartreuse (Alpes Françaises). Le point commun de ces deux réserves naturelles est le rôle primordial des écosystèmes forestiers : la réserve roumaine est un écosystème forestier d'intérêt européen et dans la réserve naturelle française, 45% de la surface totale est boisée avec des peuplements d'intérêt européen. Pour étudier ces réserves naturelles dans le cadre des territoires où elles sont inscrites nous avons utilisé deux méthodes : la première est celle du calcul de l'empreinte écologique pour évaluer si la demande en ressources de la population locale constitue une menace pour la biocapacité dont disposent les réserves naturelles étudiées et la deuxième consiste dans l'étude de l'accessibilité dans ces deux réserves naturelles en temps que principal facteur dont dépend le flux de visiteurs. La valeur de l'empreinte écologique des populations qui habitent à proximité de ces réserves naturelles rend visible la valeur de la pression humaine vers les ressources qui existent dans les réserves naturelles, car la consommation de ces populations peut dépasser la biocapacité qu'elles ont a leur disposition.

La réalisation d'observatoires biogéochimiques autonomes pour l'étude de la colonne d'eau dans l'océan ouvert et des écosystèmes chimiosynthétiques profonds est une étape primordiale dans l'acquisition de données océaniques pour une meilleure compréhension des écosystèmes. Nous nous intéressons ici à l'acide silicique et aux ions sulfure, composés clés de la chaîne alimentaire marine. Nous proposons une méthode de mesure voltammétrique des ions sulfure sur électrode d'argent ainsi qu'une mesure originale sans calibration basée sur la différence de solubilité entre le chlorure d'argent et le sulfure d'argent. Une méthode d'analyse de l'acide silicique autonome en réactifs est développée grâce aux molybdates et aux protons libérés lors de l'oxydation du molybdène. Ces développements analytiques ont permis de participer à la validation d'un potentiostat immergeable autonome, premier pas vers un capteur pour la mesure de ces paramètres in situ. En parallèle une analyse des masses d'eau du Passage de Drake est réalisée grâce aux données hydrographiques collectées pendant la campagne Drake ANT XXIII/3 en 2006