Cette thèse a pour objectif principal de contribuer à la compréhension des facteurs environnementaux agissant sur la diversité et la productivité des communautés végétales alpine, et dans un deuxième temps de mettre en évidence des changements récents dans la structure de la végétation dans un contexte tempéré alpin, les Alpes françaises. L’approche adoptée se base sur des méthodes issues de la télédétection et également de l’écologie végétale, en combinant des relevés de végétation avec les données de climat de l’imagerie à haute résolution. Dans le premier chapitre, je démontre l’intérêt de quantifier la durée d’enneigement afin de pouvoir prédire les patrons de diversité taxonomique et fonctionnelle, en montrant aussi que la modélisation spatiale de la productivité primaire reste un défi important dans le contexte des paysages alpins. Dans le deuxième chapitre, je teste l’utilité de l’imagerie satellitaire pour quantifier les conditions environnementales au niveau des communautés végétales, et je mets en évidence que l’habitat des communautés dominantes peut être différencié à l’échelle régionale par la date de déneigement et le pic en productivité. J’essaie également de voir si la diversité fonctionnelle influe sur la réponse NDVI dans le cadre de trois années de durée d’enneigement contrastées. Le troisième chapitre marque un changement d’approche, dans lequel je passe à l’analyse de la dynamique observée de la végétation pendant les dernières décennies dans deux sites : la Réserve Naturelle des Hauts Plateaux du Vercors (RNHPV) et le Parc National des Ecrins (PNE). L’analyse diachronique de l’écotone forêt-prairie dans la RNHPV montre une forte expansion de la forêt à Pinus uncinata pendant les soixante dernières années, en réponse à un réchauffement global et également des changements spatio-temporels dans les usages des terres en lien avec le pâturage. Dans la deuxième partie, je montre qu’avec les satellites on observe une tendance de verdissement à l’échelle du PNE pendant les dernières décennies. Je propose qu’une réduction dans la durée d’enneigement et un réchauffement depuis les années 1980s ont contribué à une augmentation de la productivité des canopées dans des contextes alpins de haute altitude, et ceci indépendamment des effets d’utilisation des terres. Pris ensemble, au lieu d’avancer un aspect précis de l’écologie alpine, mon travail sert à compléter nos connaissances du fonctionnement des communautés végétales alpines et à confirmer certaines hypothèses basées sur l’observation terrain avec des analyses spatiales robustes. / The central aim of this thesis is to contribute to current understanding of environmental drivers of plant diversity and productivity as well as of recent changes in vegetation structure in a temperate alpine context, the French Alps. My approach draws on methods from remote sensing and plant ecology by combining plot-based measures of plant diversity and climate data with high-resolution imagery. Chapter I demonstrates the importance of quantifying snow cover duration for predicting patterns of plant taxonomic and functional diversity, and also highlights the ongoing challenge of modeling spatial gross primary productivity dynamics in alpine landscapes. In Chapter II, I explore the utility of satellite imagery for quantifying environmental conditions experienced by alpine plant communities, and further show how metrics of snow cover duration and peak productivity can be used to differentiate habitat for dominant alpine plant communities. I also explore how functional diversity mediates NDVI responses to highly contrasting snow years. Chapter III provides new evidence of recent shifts occurring in high-elevation plant communities in the French Alps in response to climate and land-use change. Analysis of the forest-grassland ecotone in the Vercors Regional Park shows a strong dynamic of forest expansion in response to overall climate warming and local shifts in grazing-related land-use practices, which supports findings from other studies conducted elsewhere in the Alps and Pyrenees. In the second part of Chapter III, for the first time I present evidence of greening dynamics in a protected area of the French Alps, the Ecrins National Park. I propose that a decrease in snow cover duration and pronounced warming occurring in the 1980s likely contributed to increased canopy productivity in high alpine contexts, and are driving long-term greening in the absence of land-use change. Taken collectively, rather than pushing a specific aspect alpine ecology forward, my work helps to fill out our working knowledge of alpine plant communities and serves to solidify a number of field-based observations by carrying out robust spatial analyses.

L'objectif de cette thèse est de comprendre comment l'hétérogénéité du paysage (i.e. composition, structuration spatiale et dynamique temporelle) affecte les populations, notamment dans les paysages agricoles, fortement structurés par la mosaïque des parcelles et les rotations culturales. Nous abordons cette question à la fois de manière théorique (en simulant des dynamiques de populations dans des paysages aux propriétés spatiales et temporelles contrôlées) mais également empirique (en analysant la sélection d'habitat par la communauté de passereaux des paysages agricoles).Nous avons ainsi montré que la composition, la configuration spatiale et la dynamique temporelle étaient toutes trois importantes pour expliquer les dynamiques de population, et que la nature des réponses à l'hétérogénéité dépendait des traits des espèces (taux de croissance, dispersion, échelle de réponse au paysage). L'analyse sur la communauté de passereaux a montré que la composition en cultures influençait la sélection d'habitat chez certaines espèces, mais nos données ne nous ont pas permis de mettre en avant un effet significatif de la structuration spatiale des cultures sur les passereaux. Une analyse plus fine pour l'Alouette des champs (Alauda arvensis) a montré un effet positif de la diversité des cultures à l'échelle du territoire, expliqué par une complémentarité fonctionnelle entre les cultures, suggérant que des petites parcelles et un mélange des cultures dans le paysage seraient bénéfiques pour cette espèce. L'effet de la structuration spatiale et temporelle des cultures sur les populations mériterait d'être testé de façon plus approfondie à l'échelle adéquate sur de nombreux taxons. Une meilleure connaissance de l'effet des propriétés de la matrice cultivée sur les processus permettrait de prédire l'évolution des populations face à des modifications du paysage à l'aide de modèles mécanistes, et offrirait de nouvelles opportunités pour gérer la biodiversité. / The aim of this thesis is to understand how landscape heterogeneity (i.e. composition, configuration and temporal dynamics) affects populations, especially in farmlands, highly structured by the crop mosaic and rotations. We answer this question theoretically (simulating population dynamics in landscapes with controlled spatial and temporal properties) and empirically (analysing habitat selection by the farmland bird community).We found that landscape composition, configuration and temporal dynamics were all important to explain population dynamics and that the response to landscape heterogeneity depended on species traits (growth rate, dispersal, scale of response to the landscape). The analyse of farmland birds data revealed that crop composition influenced habitat selection for some species, but did not reveal a significant effect of crop configuration on birds. A finer analyse on Skylark showed a positive effect of crop diversity at the territory scale explained by a functional complementation among crops. It suggested that small fields and crop well mixed in the landscape would be beneficial for this species. The effect of spatial and temporal crop heterogeneity should be studied in depth at the right scale on many taxa. A good understanding of the effect of the cultivated matrix on processes would allow us to predict the change in populations when modifying the landscape and would offer new opportunities to manage biodiversity.

Cette thèse a pour objet d’aborder l’information en tant que lien essentiel entre les sciences de la nature et les sciences humaines. Il y est principalement fait état de principes de la science physique, alliés à un ensemble d’approches scientifiques issues, notamment, des théories de la complexité, du chaos, de l’information, de l’auto-organisation, des émergences et des écosystèmes. Les lois de la thermodynamique jouent un rôle central dans ce contexte, où l’organisation et la néguentropie sont directement inscrites dans le champ de la production d’informations. Il y est en particulier fait référence à la Loi de maximisation d’entropie (ou, autrement dit, de dissipation d’énergie), dont l’incidence sur le fonctionnement et le comportement des structures dissipatives que sont les humains est soulignée via un large éventail d’exemples pris dans la vie courante, incidences fondées à la base sur le rôle omniprésent de l’information. L’approche systémique, à laquelle il est fait appel dans un certain nombre de considérations, conduit ici à souligner en profondeur les incidences interactives de l’environnement (l’écosystème) - et des principes de la sélection naturelle qui le déterminent - avec le comportement humain et les phénomènes d’information qui définissent celui-ci. Les applications de l’approche globale de cette thèse s’expriment dans une grande variété de domaines, dont également ceux de la survie, du bien-être, de la conversation et de la robotique. / This thesis aims at considering the information as essential link between the sciences of the nature and the human sciences. It is mainly refered to principles of the natural science, allied in a set of scientific stemming approaches, in particular, theories of the complexity, of chaos, of information, auto-organization, emergences and ecosystems. The laws of the thermodynamics play a central role in this context, where the organization and the negentropy make directly part of the field of information production. There is in particular refered to Law of maximization of entropy Production (or, in other words, of energy dissipation), among which the incidence on the functioning and the behavior of the human being as a dissipative structure is underlined via a wide range of examples taken in the common life, incidence basically established on the omnipresent role of the information. The systemics approach, to which it is brought up in a number of considerations, leads here to underline the interactive incidences of the environment (the ecosystem) - linked to the principles of the natural selection which determines its evolution - with the human behavior linked to the information phenomena which define it. The applications of the global approach of this thesis appear in a broad variety of domains, of which also those of the survival, the well-being, the conversation and robotics.

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 peuvent conférer des avantages sélectifs sous diverses conditions. 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 à différentes échelles spatiales 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. / 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 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 plantes, comme tous les êtres vivants, entretiennent un rapport double à leur environnement. L’environnement sélectionne quelles stratégies peuvent s’établir, et les stratégies ainsi sélectionnées façonnent en retour cet environnement. Cette boucle de rétroaction environnementale, lorsqu’elle est alimentée par une variabilité de formes, est le moteur de l’évolution, de l’assemblage des communautés et du développement écosystémique, et détermine en fin de compte les propriétés émergentes des écosystèmes.Les approches issues de l’écologie théorique reconnaissent depuis longtemps cette dualité, comme en témoignent les concepts de "niche de besoin" et "niche d’impact" au cœur de la théorie contemporaine de la niche. Similairement, les approches type « théorie des jeux » comme la dynamique adaptative reconnaissent le rôle central joué par la boucle de rétroaction environnementale en tant que moteur des dynamiques éco-évolutives.Dans cette thèse, j'unifie ces deux perspectives théoriques et les applique à des problèmes écologiques variés, dans le but de comprendre comment les interactions réciproques entre les plantes et leur environnement déterminent les traits adaptatifs des plantes et les propriétés émergentes des écosystèmes.Dans un premier temps, je propose un cadre mathématique général et rigoureux à la théorie contemporaine de la niche et la méthode graphique qui lui est associée. Après avoir étendu ce cadre à la prise en compte d’un continuum de stratégies en interaction à l’aide d’enveloppes géométriques, je montre comment appliquer la théorie contemporaine de la niche à deux perspectives, à savoir les dynamiques éco-évolutives et l’assemblage de communautés par remplacements successifs de stratégies.Dans un second temps, j’applique cette approche à l’étude de l’évolution des défenses des plantes contre les herbivores le long de gradients de nutriments, en considérant l’évolution des traits d’acquisition de la ressource, de tolérance et de résistance aux herbivores. Je montre que la prise en compte des transferts trophiques conduit à la sélection de stratégies compétitives mais sans défense dans les environnements pauvres, alors que ce sont toujours des stratégies défendues (résistantes, tolérantes, ou la coexistence des deux) qui dominent dans les environnements riches en nutriments. Mes résultats mettent en évidence le rôle central joué par la rétroaction plante-herbivores dans la détermination des patrons de défense des plantes.Dans un troisième temps, je montre comment la théorie contemporaine de la niche peut être étendue pour prendre en compte la facilitation. J’utilise ensuite cette approche pour montrer comment la colonisation d’un substrat nu par une communauté de plantes fixatrices d’azote couplée au recyclage des nutriments peut donner naissance à de la succession par facilitation. Contrairement aux modèles habituels de succession, je montre que la succession par facilitation donne lieu à un développement autogène de l’écosystème ainsi qu’un régime de bistabilité entre la végétation et le substrat nu en fin de succession. Enfin, je propose une nouvelle théorie de la succession basée sur les ratios de ressources.Pris dans leur ensemble, ces nouveaux développements démontrent que la théorie de la niche peut être adaptée à l’étude d’un large champ de situations écologiques, de la facilitation aux dynamiques éco-évolutives et à l’assemblage des communautés. Dans ce cadre conceptuel, mon approche basée sur les enveloppes s’avère être un outil efficace pour passer de l’échelle individuelle à l’échelle de l’écosystème, en assimilant le remplacement adaptatif d’espèces à une plasticité des propriétés écosystémiques. Cette approche permet alors de décrire l’émergence des boucles de régulation qui contrôlent le fonctionnement des écosystèmes, comme l’illustrent mes résultats le long de gradients de nutriments sur la transition entre régimes de succession ou encore l’émergence de culs-de-sac trophiques. / As living organisms, plants present a dual relationship with their biotic and abiotic environment. The environment selects plant strategies that can establish, and selected strategies in turn impact and shape the environment as they spread. When fueled by variation ,this environmental feedback loop drives evolution, community assembly and ecosystem development, and eventually determines the emergent properties of ecosystems.Theoretical ecology approaches have long recognized this duality, as it is at the core of contemporary niche theory through the concepts of requirement and impact niche. Similarly, game-theoretical approaches such as adaptive dynamics have emphasized the role played by the environmental feedback loop in driving eco-evolutionary dynamics. However, niche theory could benefit from a more individualistic, selection based perspective, while adaptive dynamics could benefit from niche theory’s duality and graphical approach.In my dissertation, I unify these theoretical perspectives and apply them to various ecological situations in an attempt to understand how the reciprocal interaction between plants and their environment determines plant adaptive traits and emergent ecosystem functions.First, I introduce a general and rigorous mathematical framework to contemporary niche theory and the associated graphical approach. By extending these ideas to a continuum of interacting strategies using geometrical envelopes, I show how contemporary niche theory enables the study of both eco-evolutionary dynamics and community assembly through species sorting. I show how these two perspectives only differ by the range of invaders considered, from infinitesimally similar mutants to any strategy from the species pool. My results also emphasize the fact that selection only acts on the requirement niche, evolution of the impact niche being just an indirect consequence of the former.Second, I use this approach to study the evolution of plant defenses against herbivores along a nutrient gradient, by considering the joint evolution of resource acquisition, tolerance and resistance to herbivores. I show that trophic transfers lead to the selection of very competitive, undefended strategies in nutrient-poor environments, while defended strategies -- either resistant, tolerant or the coexistence of both -- always dominate in nutrient-rich environments. My results highlight the central, and often underestimated, role played by plant-environment feedbacks in shaping plant defense patterns.Third, I extend contemporary niche theory to facilitation originating from positive environmental feedback loops. I use these new tools to show how colonization of a bare substrate by a community of nitrogen-fixing plants coupled with nutrient recycling can lead to facilitative succession. Contrarily to previous competition-based succession models, I point out that facilitative succession leads to autogenic ecosystem development, relatively ordered trajectories and late succession bistability between the vegetated ecosystem and the bare substrate. By showing how facilitative succession can turn into competition-based succession along an increasing nitrogen gradient, I derive a new resource-ratio theory of succession.Overall, these new theoretical developments demonstrate that niche theory can be adapted to study a broad range of ecological situations, from facilitation to eco-evolutionary dynamics and community assembly. Within this framework, my envelope-based approach provides a powerful tool to scale from the individual level to the ecosystem level, lumping selection-driven species turnover into plastic ecosystem properties. This, is turn, helps describing the emergence at the ecosystem scale of regulation feedback loops that drive ecosystem dynamics and functioning, as exemplified by my results along increasing resource gradients showing a transition from facilitation- to competition-based succession or the emergence of trophic dead-ends.

Dans le cadre de l’Approche Ecosystémique des Pêches (AEP), il est nécessaire d’évaluer l’impact de la pêche thonière tropicale à la senne sur les espèces ciblées et sur les espèces accessoires. Parmi ces dernières, les espèces de la mégafaune, telles que des requins, raies, cétacés, tortues, oiseaux marins, sont souvent emblématiques et vulnérables. Les thoniers senneurs tropicaux recherchent activement à la surface de l’eau tout indice de la présence de bancs de thon (e.g. oiseaux, objets flottants, baleines, dauphins ou requins baleines). Dans l’est de l’océan Atlantique et l’ouest de l’océan Indien, les deux modes de pêches principaux sont les captures de thons en bancs libres et celles sur bancs associés à un objet flottant, naturel ou artificiel, rassemblés ici sur sous le terme de dispositif de concentration de poisson (DCP). Les calées associées aux requins baleines et aux cétacés sont toutefois peu étudiées. L’objectif de cette thèse est donc d’analyser les co-occurrences et/ou interactions spatio-temporelles entre requins baleines, cétacés et pêche thonière à la senne, dans une perspective de conservation de l’écosystème. Ce travail, basé sur des données de livres de bord et d’observateurs scientifiques embarqués, a montré que la co-occurrence pêche thonière/ mégafaune se localise dans des strates spatio-temporelles relativement précises: i) du Gabon à l’Angola (avril–septembre), ii) dans le Canal du Mozambique (juin–septembre) et iii) à l’est des Seychelles (avril–septembre). Les baleines et requins baleines étant planctivores, la co-occurrence avec la pêche à la senne est principalement liée à une forte productivité primaire (appréhendée à travers des proxys tels que la concentration en chlorophylle-a). De plus, les calées sur ces deux groupes étaient assez élevées avant 2000 (jusqu’à 20% des calées), et qu’elles sont moins fréquentes aujourd’hui (AC3 et 1,5% des calées associées à des baleines et des requins baleines, respectivement). L’impact de la pêche à la senne sur ces espèces semble relativement faible au regard du taux de mortalité apparente de 1,4% pour les requins baleines et 5,6% pour les cétacés. Des marquages satellites réalisés sur les requins baleines, confirment ces observations sur le plus long terme, mais la taille de l’échantillon limite la formulation de conclusions définitives. Concernant les dauphins, bien que présents sur les zones de pêche, ils interagissent très peu avec celle-ci, soulignant ainsi une différence majeure avec l’océan Pacifique est où ce mode de pêche est majoritaire. La diversité spécifique des espèces cible et accessoire associées aux calées sur mégafaune a également été étudiée. Les requins baleines sont associés aux listaos et à l’albacore (dans une large gamme de tailles), alors que les baleines le sont principalement à de gros albacores. De plus, la capture accessoire associée à ces deux groupes de mégafaune est relativement faible et dominée par le requin soyeux et la diversité spécifique est proche de celle trouvée sous les bancs libres de thons. Enfin les effets de mesures de conservation vis-à-vis de la mégafaune encerclée ou de mesures de gestion de l’effort de pêche, notamment les moratoires sur DCP réelles ou simulées (e.g. moratoires élargis), ont été analysés. Les premières ont eu un effet limité en terme de captures cibles et accessoires, alors que les moratoires impactent peu le nombre de calées associés à la mégafaune, ceci en raison du décalage spatio-temporel des co-occurrences. Cependant des moratoires élargis pourraient être bénéfiques pour les thons juvéniles et certaines espèces associées. Par l’analyse quantitative des interactions entre la pêche thonière à la senne et la mégafaune, cette thèse apporte des connaissances essentielles sur les espèces étudiées dans le cadre de la mise en place d’une AEP, applicable à la pêche thonière tropicale. / In the frame of the Ecosystem Approach to Fishery (EAF) management, impact of the tropical tuna purse-seine fishery on targeted and incidentally captured species should be investigated. They may include megafauna species, such as sharks, rays, cetaceans, turtles or sea birds, which often are emblematic and vulnerable species. Tropical tuna purse-seiners actively search, at the surface of the sea, for clues indicating the presence of tuna schools (e.g. birds, floating objects, whales, dolphins or whale sharks). In the eastern Atlantic and western Indian Oceans, the main two fishing modes are sets on free swimming tuna schools and schools associated to natural or artificial floating objects, thereafter called Fish Aggregating Device (FAD). However dedicated studies on fishing sets associated to whale sharks and cetaceans are still lacking. The aim of this thesis is therefore, using logbook and scientific onboard observer data, to investigate the spatio-temporal co-occurrences and/or interactions between whale sharks, cetaceans and the tuna purse-seine fishery within an ecosystem conservation perspective. This work underlines that the megafauna/ fishery co-occurrence occurs in specific spatio-temporal strata: i) Gabon to Angola (April–September), ii) the Mozambique Channel (June–September), and iii) East of Seychelles (April–September). As baleen whales and whale sharks are filter feeders, the co-occurrence with the purse-seine fishery was mostly linked to highly productive environments (i.e. using proxys including chlorophyll-a concentration). In addition fishing sets involving megafauna were relatively high before 2000 (up to 20% of the sets), but are nowadays less frequent (AC3 and 1.5% of the sets associated to baleen whales and whale sharks). The purse-seine fishery appears to have a relatively low impact on megafauna species with mortality rates of 1.4% for whale sharks and 5.6% for cetaceans. Whale shark satellite tagging also confirms these results on the longer term, but the low sample size precludes any final conclusion. While dolphins are present in fishing areas, very few interactions with the fishery was detected, which highlights the striking difference with the eastern Pacific Ocean where half the sets are associated to dolphin herds. In addition, the diversity of targeted and bycatch species captured under whale shark and baleen whale sets was also investigated. Whale sharks are principally associated to skipjack and yellowfin (of various sizes) tunas and baleen whales mostly to large yellowfin tuna. In addition, bycatch species associated to these two megafauna groups was relatively low and dominated by the silky shark, and bycatch diversity was close to the one found for free swimming tuna schools. Finally, real and/or simulated encircled megafauna conservation measures or fishing effort management measures (especially FAD moratoria including larger ones) were investigated. The first ones were found to have limited consequences on tuna catch and bycatch. Conversely FAD moratoria had limited impacts on the number of megafauna associated fishing sets, due to the fact that the main spatio-temporal strata of megafauna and FAD sets differ. However larger and longer moratoria could be beneficial for juvenile tuna and some bycatch species. Overall, this thesis has lead to increase the knowledge on megafauna/ fishery interactions, essential in the general framework of setting up an EAF in the tropical tune purse-seine fishery.

Cette étude se propose d’explorer les potentialités des données de télédétection optique et radar libre d’accès pour l’évaluation et le suivi des écosystèmes forestiers tropicaux, secs ou humides. Différents sites tests situés dans ces écosystèmes forestiers tropicaux, ont été sélectionnés. Il s’agit : du parc national des Virunga en République Démocratique du Congo (RDC), de la réserve de biosphère de l’Oti-Keran-Mandourie (OKM) et de la réserve de faune de Togodo (RFT) au Togo, de la zone située autour du pont faisant la liaison entre la ville de Saint-Georges de l’Oyapock et la plaine du littorale de Kourou en Guyane française et de la province de la Monté Cristi en république Dominicaine. Différentes données ont été utilisés lors de cette étude : pour les images radar, des séries temporelles Sentinel-1, des mosaïques Alos-2 et, pour les images optiques, Sentinel-2 et Landsat-8. Des données exogènes comme les points GPS, modèles numériques de terrain et les cartes de référence. L’approche méthodologie utilisé est composée de prétraitement sur les images optiques et radar. Les approches spécifiques, variables selon le site d’étude, ont comporté : photo interprétation détaillée, la classification supervisée SVM, l’inventaire forestier et l’application des équations allométriques, une approche de détection des changements par décomposition en ondelettes, une de détection des changements automatiques par seuillage et la caractérisation de ces changements. Les principaux résultats sont les suivants : Site du PNVI : les cartes d’occupation du sol et les cartes binaires forêts, non-forêt de 1987, 1997, 2007 et 2017 sont réalisées sur le PNVI. Sur la période de 30 ans en utilisant les cartes binaires entre 1987 à 2017 le taux moyen annuel de déforestation est de 1,07%. Ce taux de déforestation élevé montre la pression croissante sur les ressources forestières dans le paysage des Virunga. Site de l’OKM et du RFT : une classification menée sur une combinaison d’images optiques et radar donne des performances légèrement meilleures que des classifications menées sur des images optiques et radar considérées séparément. Les cartes d’occupation du sol issues de ces classifications ont servis de base pour l’estimation de stocks de carbone à travers l’évaluation des ressources forestières. Sur le site de Saint-Georges de l’Oyapock, l’analyse temporelle menée à partir de décompositions en ondelettes, a permis de détecter trois grands types de changements dus à : la déforestation anthropique, les évolutions saisonnières et les évolutions agricoles. Sur le site de la province de Monté Cristi en République dominicaine, l’analyse conjointe d’images radar et optiques a permis de proposer une cartographie comportant 18 classes d’occupation du sol contrôlées sur le terrain avec une précision globale de plus de 90 %. Le suivi historique des forêts montre une régression de la couverture forestière. Parallèlement, nous observons une régression de la surface des mangroves entre 2015 et 2018.Cette étude a mis en évidence l’immense potentialité des données de télédétection optique et radar dans la caractérisation, la cartographie et le suivi des strates d’occupation des sols dans les écosystèmes tropicaux dans différentes régions du monde et en fonction des conditions saisonniers. Si chaque type de données de télédétection possède ces qualités et capacités discriminatoire, cette étude a montré que l’utilisation conjointe et combinée de deux types de données permet d’augmenté significativement la caractérisation et la discrimination des classes d’occupation des sols et ainsi augmente les chances de fiabilité des actions à mener / This study aims to explore the potential of optical remote sensing and free access radar data for the assessment and monitoring of tropical, dry or wet forest ecosystems. Different test sites located in these tropical forest ecosystems have been selected. These are: the Virunga National Park in the Democratic Republic of Congo (DRC), the Oti-Keran-Mandourie Biosphere Reserve (OKM) and Togodo Wildlife Reserve (RFT) in Togo, the area around the bridge linking the city of Saint-Georges de l'Oyapock and the plain of the Kourou coast in French Guiana and the province of Monté Cristi in the Dominican Republic. Different data were used in this study: for radar images, Sentinel-1 time series, Alos-2 mosaics and, for optical images, Sentinel-2 and Landsat-8. Exogenous data such as GPS points, digital terrain models and reference maps. The methodology approach used consists of pretreatment on optical and radar images. Specific approaches, varying by study site, included: photo detailed interpretation, supervised SVM classification, forest inventory and application of allometric equations, a wavelet decomposition detection approach, a detection approach automatic changes by thresholding and the characterization of these changes. The main results are:PNVI site: land cover maps and forest, non-forest binary maps of 1987, 1997, 2007 and 2017 are produced on the PNVI. Over the 30-year period using the binary maps between 1987 and 2017 the average annual rate of deforestation is 1.07%. This high deforestation rate shows the increasing pressure on forest resources in the Virunga landscape. OKM and RFT site: a classification carried out on a combination of optical and radar images gives slightly better performances than classifications carried out on optical and radar images considered separately. The land cover maps from these classifications were used as a basis for estimating carbon stocks through forest resource assessment. At the Saint-Georges de l'Oyapock site, temporal analysis using wavelet decompositions revealed three main types of changes due to anthropogenic deforestation, seasonal changes and agricultural changes. On the site of the Monté Cristi province in the Dominican Republic, the joint analysis of radar and optical images made it possible to propose a cartography comprising 18 field-controlled land cover classes with an overall accuracy of more than 90%. Historical forest monitoring shows a decline in forest cover. At the same time, we observe a regression of the surface of mangroves between 2015 and 2018.This study has highlighted the immense potential of optical and radar remote sensing data in the characterization, mapping and monitoring of land use layers in tropical ecosystems in different regions of the world and according to seasonal conditions. While each type of remote sensing data has these discriminatory qualities and capabilities, this study has shown that the joint and combined use of two types of data significantly increases the characterization and discrimination of land-use classes and thus increases the chances of reliability of the actions to be carried out

Le but de notre étude était de valider un indicateur de la qualité de l’environnement, parmi trois approches : des mesures morphologiques de juvéniles de poissons ; la quantification de l’asymétrie fluctuante de leurs otolithes ; l’analyse de la forme de leurs otolithes. Les résultats in aquaria sur Dicentrarchus labrax ont montré une absence d’effet de mono contaminations par des polluants classiques comme le phosphore ou le zinc, à des concentrations correspondant à celles in situ en zones fortement anthropisées. Des concentrations plus élevées de zinc ont toutefois induit une modification de la forme des otolithes en plus d’un effet négatif sur la taille et le poids. Par nos prélèvement in situ sur trois ans d’Oblada melanura, nous avons mis en évidence de manière reproductible que, comparativement à des sites préservés et des arrivées de petits cours d’eau, des ports de plaisance de taille moyenne ont un effet négatif sur la longueur standard des juvéniles et induisent une modification de la forme de leurs otolithes. De l’ensemble de nos résultats nous pouvons déduire que tailles et poids sont facilement mesurables mais présentent des variabilités dans leurs réponses. La mesure de l’asymétrie des otolithes de juvéniles ne semble pas adaptée à une utilisation en bioindication. Au contraire, l’analyse de formes des sagittae de juvéniles paraît adaptée pour suivre des modifications de l’environnement pour des poissons de deux familles différentes, Moronidés et Sparidés. Cette analyse semble un outil prometteur en bioindication, applicable pour les gestionnaires de l’environnement. / The aim of our study was to validate the most suitable environmental indicator among three approaches: morphological measurements of fish juveniles; quantification of the fluctuating asymmetry of their otoliths; analysis of their otolith shape. In aquaria, results for Dicentrarchus labrax have shown that mono-contamination by classical pollutants, such as phosphorus or zinc, has no effect for concentrations corresponding to those measured in highly anthropized environments. Nevertheless, higher zinc concentrations induce otolith shape alterations in addition to their negative impact on fish size and weight. On the basis of our three-year in situ Oblada melanura samplings, we have demonstrated that, in a replicable manner, compared to preserved areas and small waterway mouths, mid-size recreational harbours negatively impact juvenile standard length and also alter otolith shape. By comparison with in aquaria results, these alterations are consistent with a synergy of disturbance sources which taken independently do not have any impact. Taking into account all our results, we deduce that size and weight are easy to measure but show response variability. Measurement of fish juvenile otoliths' fluctuating asymmetry does not seem to be suitable for use in bioindication. Conversely, fish juvenile sagittae shape analysis is well-suited to surveys of environmental modifications, for fishes from two different families, Moronidae and Sparidae. This analysis seems to be a promising tool for bioindication, with a practical application for environmental managers.

Les tensioactifs poly- et perfluoroalkylés (PFAS) sont des composés d’origine anthropique produits à partir des années 1950 et qui sont désormais considérés comme des polluants ubiquistes. La première partie de ce travail a consisté à optimiser et valider des procédures pour l’analyse ultra-trace des PFAS. Ces méthodes ont ensuite été utilisées afin d’apporter de nouveaux éléments de réponse sur l’occurrence et la dynamique des PFAS dans les environnements aquatiques. Une attention particulière a été accordée aux valeurs censurées (<LD). Dans les eaux de surface et les sédiments, à l’échelle nationale, le perfluorooctane sulfonate (PFOS) s’est avéré prédominant parmi les acides perfluoroalkylés (PFAA) considérés ; la fraction organique du sédiment est apparue un facteur de contrôle clé des teneurs sédimentaires. L’utilisation des cartes auto-organisatrices de Kohonen a facilité la synthèse des résultats et les comparaisons entre sites. A une échelle plus locale, ces travaux ont permis de cartographier la contamination sédimentaire d’un estuaire macrotidal et d’étudier les facteurs de contrôle de leur distribution. La dynamique spatio-temporelle des PFAS et leur transfert aux premiers maillons trophiques ont été évalués en milieu fluvial urbain (la Seine) et en milieu estuarien (la Gironde). La détermination des facteurs d’amplification trophique en estuaire de Gironde confirme le caractère bioamplifiable du PFOS et de certains PFAA à longue chaîne. Le dernier axe de ces travaux concernait la recherche de PFAS d’intérêt émergent zwittérioniques et cationiques ; des résultats préliminaires semblent dissiper les inquiétudes concernant leur potentiel de bioaccumulation. / Poly- and perfluoroalkyl surfactants (PFAS) are anthropogenic compounds that have been used sincethe 1950s in a variety of applications and that have emerged as ubiquitously distributed contaminants.The first aim of this work was to optimize and validate analytical procedures for the trace-leveldetermination of PFAS. These methods were then applied to various sets of environmental samples,providing new elements to document the occurrence and environmental fate of PFAS in aquaticecosystems. In terms of statistical analyses, a special care has been devoted to incorporate nondetects(data <LOD). In French surface waters and sediments, perfluorooctane sulfonate (PFOS) wasthe prevailing perfluoroalkylated acid (PFAA); sediment organic carbon fraction was a key controllingfactor of PFAS sedimentary levels. Kohonen self-organizing maps were used to highlight similaritiesand differences between sites, providing evidence for distinctive features, sometimes at watershedscale. A mapping of PFAS in sediments was established in a macrotidal estuary, along with theirpartitioning behavior in the water column. The spatio-temporal dynamics of PFAS and transfer to thefirst trophic levels were investigated in an urban freshwater hydrosystem (the Seine River) and in anestuarine environment (Gironde estuary). In the Gironde estuary, trophic magnification factors (TMF)were significantly >1 for PFOS and several long-chain PFAA, providing new evidence for theirbiomagnification. The last theme addressed in this work was the analysis of newly-identified cationicand zwitterionic PFAS ; preliminary evidence seem to dispel concerns about the bioaccumulationpotential of the latter.

La variabilité du système climatique influence la productivité et la distribution des espèces marines sur toutes les échelles de temps, de la variabilité saisonnière et inter-annuelle aux cycles glaciaires-interglaciaires. Mais ces liens entre climat et écosystèmes marins sont encore largement méconnus, de telle sorte que les prévisions des changements à venir sont difficiles. De plus, parce que les indicateurs paléoclimatiques issus des archives marines sont souvent liés au fonctionnement de l’écosystème, cette méconnaissance limite la fiabilité de la reconstruction de la variabilité climatique passée.Ce travail de thèse vise à améliorer notre connaissance de ces liens entre climat et écosystèmes marins : nous nous sommes intéressés aux changements de productivité marine au cours du dernier cycle glaciaire-interglaciaire, et nous nous sommes aussi penchés sur la réponse de l’écosystème, incluant l'ensemble des niveaux de la chaine trophique, à la variabilité inter-annuelle à décennale en climat pré-industriel. Ce travail est basé sur l’utilisation d’un modèle climatique (IPSL-CM), d’un modèle de biogéochimie marine (PISCES) et d’un modèle de niveaux trophiques supérieurs (APECOSM).Dans un premier temps, nous montrons que le lien entre l’intensité de la mousson indienne et la productivité primaire marine, en été boréal dans la mer d’Arabie, n’est pas direct. En effet, il apparait indispensable pour comprendre les changements de productivité de considérer, en plus de l'intensité de la mousson, la structure de la mousson. En particulier, la position du Jet de Findlater par rapport à la côte de la péninsule arabique est un paramètre important puisqu'elle conditionne la dynamique d'Ekman dans la région.Dans un second temps, nous avons étudié les variations de la productivité marine au large de l'embouchure du fleuve Congo et leurs liens avec le fleuve et les changements de dynamique atmosphérique africaine. Ce travail a mis en évidence que la relation entre l'intensité de la mousson et l'intensité des alizés, souvent utilisée dans les reconstructions climatiques, n'est pas toujours vérifiée. Selon le climat étudié, l'importance des effets thermiques ou dynamiques sur les changements de précipitations et de vents simulés est différente.Dans un troisième temps, nous avons étudié l'effet de la variabilité inter-annuelle sur les changements de productivité passés et sur le signal climatique potentiellement enregistré par des indicateurs climatiques biologiques.Enfin, la dernière partie de cette thèse se focalise sur la réponse des organismes marins des haut-niveaux trophiques à la variabilité climatique à différentes fréquences. Ce travail a révélé que les organismes marins répondent de façons différentes aux variations environnementales en fonction de leur taille et de leur habitat. / Climate variability influences marine primary productivity and marine species distribution over all timescales, from seasonal to interannual variability and glacial-interglacial cycles. The links between climate and marine ecosystems are still sparsely known so that the predictions of futur changes are difficult. Moreover, because paleoclimate recorders extracted from marine archives are often linked to the functionning of the ecosystem, this lack of knowledge limits our ability to reconstruct past climate variability.This thesis work aims at improving our knowledge of these links between climate and marine ecosystems : we have looked into marine productivity changes during the last glacial-interglacial cycle, but we also examined the "end-to-end" ecosystem response to inter-annual to decadal variability in a pre-industrial climate. This work uses a climate model (IPSL-CM), a bio-geochemical model (PISCES) and a model of high trophic levels (APECOSM).First, we show that the link between Indian summer monsoon intensity and marine primary productivity in the Arabian Sea is indirect. Indeed, it appears necessary to consider the monsoon pattern, such as the Findlater Jet position, which drives the Ekman dynamics in the region, as well as its intensity to understand the productivity changes.Second, we study the marine productivity changes off the Congo river mouth and their links with the river runoff and the African atmospheric dynamics. This work shows that the relationship between monsoon intensity and trade winds intensity, often used to reconstruct past changes, is not always verified. Depending on the climate, thermal or dynamical effects are more or less prominent drivers of the simulated changes in precipitation and winds. Productivity off the Congo river mouth, which is mainly located in the subsurface, seems more affected by the ocean and atmosphere dynamics than by the river supply in nutrients.Third, we study the inter-annual variability effects over past productivity changes and over the climatic signal potentially recorded in the biological climate proxies.Finally, the last part of the thesis focuses on high trophic levels marine organisms response to climate variability at different frequencies. This study shows that marine organisms response to environmental changes varies with the organism' size and habitat.