En plus de vingt-cinq d’existence, le développement durable n’a pas produit les changementsescomptés sur le plan structurel, institutionnel ou même scientifique. En ce qui concerne le planscientifique, depuis la première formulation du concept en 1987, de nouveaux courantsinterdisciplinaires en sciences sociales ont émergé produisant de nouveaux concepts, proposant denouvelles méthodologies et affirmant certains principes éthiques. La thèse s’intéresse toutparticulièrement au courant du développement humain articulé autour des travaux d’Amartya Sen(approche par les capabilités) et de Manfred Max-Neef (approche par les besoins) et à celui del’économie écologique duquel émerge une conception forte de la soutenabilité ainsi que les conceptsde fonctions et de services écosystémiques. Une articulation entre ces deux courants ainsi qu’uneréflexion sur l’éthique de la responsabilité et la justice permettent de re-conceptualiser ledéveloppement durable, concept relativement mal défini et ambigu, sous la forme d’un développementhumain responsable ancré dans la soutenabilité forte et la justice sociale. Cette articulation, réaliséedans une perspective transdisciplinaire, permet de proposer un nouveau cadre conceptuel qui pourraitd’une part, favoriser un aménagement responsable du territoire et, d’autre part, renforcerl’épistémologie de la géographie pour qu’elle puisse pleinement assumer son rôle d’étude desinteractions Nature-Société. La réflexion théorique est mise en pratique au sein de deux réserves debiosphère périurbaines, l’une en France (Réserve de Biosphère de Fontainebleau-Gâtinais) et l’autreau Chili (Réserve de biosphère de La Campana-Peñuelas). / In twenty-five years, sustainable development has not delivered the expected outcomes in terms ofstructural and institutional changes as well as scientific changes. Regarding scientific changes, sincethe first introduction of the concept of sustainable development by the Brundtland commission in1987, new scientific fields of interdisciplinary reasearch in social sciences have emerged producingnew conceptual tools, proposing new methodologies and asserting certain ethical principles. From theone hand, the thesis is interested in the field of Human Development which is structured around thework of Amartya Sen (the Capability Approach) and Manfred Max-Neef (the Fundamental Needsapproach). On the other hand, the thesis is interested in the field of Ecological Economics from whichemerges a strong conception of sustainability as well as the concepts of ecosystem functions andservices. The thesis aims to establish a link between these two fields of research to shift fromsustainable development, a relatively ambiguous concept, to responsible human development clearlyrooted in strong sustainability and social justice. This articulation is carried out in a transdisciplinaryperspective. In the first place, this articulation enables to provide a sound conceptual framework thatcould help to strengthen the epistemology of geography for studying Nature-Society interactions. Inaddition, this articulation could help to promote a responsible land planning. This new conceptualframework is tested in two peri-urban biosphere reserves in France (Biosphere Reserve Fontainebleau-Gâtinais ) and Chile (Biosphere Reserve La Campana - Peñuelas). / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Face aux besoins croissants pour une production agricole durable, les systems de culture évoluent vers des systèmes qui accomplissent des objectifs environnementaux et agricoles multiples. La recherche en conception de systèmes de cultures (CSC) s'intéresse à l'effet des pratiques et de l'environnement sur les systèmes de culture et leur performance. L'interaction entre production et services ecosystémiques, et la quantification de ces relations, sont un aspect clé de ce domaine de recherche. Une variété d'approches ont été théorisées, tels que l'utilisation de modèles et la mobilisation de connaissances expertes. Les modèles permettent de tester rapidement et à faible coût l'effet de pratiques agricoles dans une variété de conditions, mais l'application de conclusions théoriques à la parcelle peut être limitée par des contraintes locales ainsi que des obstacles à la communication chercheur-agriculteur. Mobiliser les agriculteurs et autres acteurs pertinents pour la CSC peut aider à surmonter ces obstacles ; cependant, cela limite l'innovation au cadre des connaissances expertes.L'objectif de cette thèse est de combiner la modélisation et des méthodes participatives pour une méthode de CSC qui exploite le potentiel de la modélisation numérique tout en s'assurant que les solutions proposées prennent en compte les contraintes environnementales et socioéconomiques. Après avoir revu l'état d'avancement de la recherche en prototypage et en CSC, nous proposons un cadre méthodologique divisé en quatre parties ; a) combiner une typologie des pratiques et un modèle conceptuel pour évaluer la diversité des pratiques, contraintes et trade-offs dans une zone de production ; b) acquérir des données de terrain pour quantifier les trade-offs pertinents entre production et services écosystémiques ; c) sélectionner et préparer un modèle numérique approprié pour simuler les effets des pratiques sur la production et l'apport de services ; et d) évaluer si l'interaction d'agriculteurs avec le modèle numérique peut générer des systèmes de culture potentiels qui répondraient aux objectifs agro-environnementaux posées (apport d'un service écosystémique) ainsi qu'être acceptables pour les agriculteurs qui les adapteraient à l'expérimentation dans leurs parcelles.The systèmes agroforestiers à base de café (cafés/arbres d'ombrage) du Costa Rica central ont étés le système de culture choisi pour répondre à ces questions. Les systèmes agroforestiers offrent de nombreuses occasions d'étudier et évaluer les services écosystémiques apportés, en plus de la production principale. L'association de deux cultures pérennes place l'évaluation de la performance à long terme et de la durabilité des systèmes au centre de la question. La culture du café au Costa Rica fait vivre une part importante de la population, et est aussi basée sur la gestion intensive d'une culture à haute valeur d'exportation, vulnérable aux fluctuations des prix sur le marché mondial ainsi qu'au changements climatiques. Des pentes raides et une saison des pluies importante créent des problèmes d'érosion significatifs ; cependant, certaines pratiques de contrôle de l'érosion (utilisation d'arbres d'ombrage et d'adventices) impactent la production de café. La réconciliation de ces deux aspects nous offrent l'occasion de tester notre cadre méthodologique dans une situation où une solide argumentation technique serait nécessaire pour encourager les expérimentations dans les parcelles. Enfin, le dernier chapitre porte une réflexion d'ensemble sur l'importance de choisir et préparer correctement un modèle agronomomique adéquat, les application potentielles de cette méthodologie, ainsi que les recommandations que nous avons pu effectuer en termes de pratiques de contrôle de l'érosion dans la zone d'étude. / In the face of increasing concerns about sustainability of agricultural production, cropping systemsare evolving towards systems that fulfill multiple agronomic and environmental objectives. Researchin cropping systems design (CSD) is concerned with studying the effect of farming practices oncropping systems and their performance. The interaction between production and ecosystemservices, and quantification of trade-offs between the two, is a key aspect of this research. A varietyof approaches have been theorized, such as use of models and mobilization of expert knowledge.Models allows fast and low-cost testing of the effect of farming practices under a variety ofconditions, but the application of theoretical outcomes to on-farm changes can be limited by localconstraints and researcher-farmer communication. Mobilizing farmers and other relevantstakeholders for CSD can help overcome these obstacles; however this limits innovation to the scopeof expert knowledge.The objective of this thesis is to combine modeling and participatory methods for a CSD frameworkthat harnesses the potential of numerical modeling while ensuring the proposed solutions take intoaccount socioeconomic and environmental constraints. After an overview of current advances inprototyping and CSD, we propose an methodological framework divided into four parts; a) combininga typology of farming practices and a conceptual model to appraise the diversity of farming practices,constraints and trade-offs at the plot scale in a defined production area; b) collection of field data forquantifying relevant trade-offs between production and ecosystem services; c) selecting andpreparing an appropriate numerical model for simulating the effects of farming practices onproduction and provision of ecosystem services; and d) evaluating whether the interaction of farmerswith a numerical model can generate candidate cropping systems that fulfill our agro-environmentalobjectives (provision of ecosystem service) as well as being suitable for the farmers who will adaptthem for on-farm experimentation.The coffee-based agroforestry systems (coffee/shade trees) of central Costa Rica were the chosenproduction system for answering these questions. Agroforestry systems offer plentiful opportunitiesfor valuing ecosystem services in addition to crop production; the combination of two perennialcrops brings long-term performance assessment and sustainability of the system to the heart of thequestion. Coffee cultivation in central Costa Rica concerns a large amount of livelihoods, but is alsobased on intensive management of a highly valued cash crop vulnerable to price fluctuations on theglobal market as well as climate change. Steep slopes and heavy rainfall also cause high levels of soilerosion; yet certain indirect erosion control practices (such as the use of shade trees of weeds) alsohave an impact on coffee production. The reconciliation of these two aspects offers the opportunityto test our methodological framework in situations where precise discussions onproduction/environment trade-offs are needed.Finally, in the last chapter we reflect on the importance of correctly choosing and preparing the rightmodel for the job, potential application of this methodology, as well as the recommendations wereable to make in terms of erosion control practices in the study area.

Les problèmes environnementaux sont aujourd’hui au cœur des débats sur le développement. Le concept de développement durable trouve ses origines dans la démonstration faite de la nécessité pour les sociétés de minimiser la pression de l’impact de l’activité humaine sur les ressources naturelles. Le rapport de Brundtland en 1987 et l’Agenda 21 en 1992 affirment la nécessité de prendre en compte les autres dimensions du développement que la seule dimension économique dans la recherche d’un développement soutenable. Ces évolutions légitiment le développement de pistes de travail pour la prise en compte conjointe de questions environnementales et sociales dans les politiques de développement. Depuis la médiatisation de la notion de services écosystémiques par le Millenium Ecosystem Assessment en 2005, les services écosystémiques (SE) ont commencé à occuper une place importante comme cadre d’orientation pour résoudre des questions de développement et d’aménagement à l’échelle territoriale. Par ailleurs, de nombreuses recherches sur le rôle des ressources locales dans le développement économique des territoires (Bernard Pecqueur, Amédée Mollard et leurs équipes) ont conduit au développement d’un modèle de développement territorial original fondé sur l’activation de ressources spécifiques par les acteurs locaux et sur le développement du concept de panier de biens et services. Ce travail de recherche a pour objectif de développer un cadre de recherche opérationnel fondé sur les services écosystémiques afin de faciliter un développement territorial durable. Ainsi en proposant un nouveau concept, le panier de services écosystémiques (SE), nous faisons l’hypothèse qu’un cadre de recherche territorial fondé sur le panier de SE peut faciliter l’inventaire des ressources physiques, écologiques et culturelles issues des écosystèmes d’un territoire et encourager les acteurs du territoire à la mise en place de pratiques durables dans les processus de valorisation des ressources, à partir d’une identité collective construite autour des services concernés et des activités qui en sont issues. Pour confirmer cette hypothèse, le travail de recherche définit la notion de panier de SE et montre la pertinence de développer une approche d’évaluation non-monétaire à partir d’indicateurs multicritères et de perceptions pour mieux caractériser les potentialités de valorisation de paniers de SE agricoles pour un ensemble de produits emblématiques et leur contribution à la dimension environnementale d’un territoire. Ce cadre méthodologique a été appliqué à un cas d’étude en Turquie, le territoire de la Péninsule de Karaburun, située dans la Région d’Egée à une centaine de kilomètre d’Izmir. Cette étude de cas a permis d’identifier les perspectives de développement territorial et les politiques d’accompagnement à mettre en œuvre pour la valorisation des paniers de SE de Karaburun qui contribuent à la durabilité du territoire. / Today environmental issues are at the heart of development debates. At the origin of the introduction of the sustainable development concept in the Brundtland Report in 1987, there has been the need of taking other dimensions of development into account rather than the economic dimension in order to minimize the impact of the human activity on resources.The development experiences of certain territories have been at the center of the territorial development approach, particularly the French territories which constitute important cases for the basket of goods and services approach of the Grenoble model developed by Bernard Pecqueur and Amédée Mollard. Moreover, ecosystem services began to have an important place as a framework of land planning and territorial development since the Millenium Ecosystem Assessment in 2005. From a territorial approach perspective, ecosystem services (ES) can allow can allow one to take into account environmental issues and enrich development perspectives based on different dimensions of sustainability.The aim of this PhD research is to develop a research framework based on ecosystem services for a sustainable territorial development. Thus, by proposing a new concept, the notion of ES basket, we hypothesize that the basket of ecosystem services framework can facilitate the inventory of physical, ecological and cultural resources derived from the ecosystems of a territory and encourage the actors of the territory to adopt sustainable practices in the valorization process of resources, creating a collective identity around the services. To confirm this hypothesis, we first define the notion of SE basket and then show the relevance of developing a non-monetary methodological framework based on multicriteria indicators and perceptions. This methodological framework has been applied to a case study in Turkey, the territory of the Karaburun Peninsula, located in the Aegean Region about a hundred kilometers from Izmir. This case study made it possible to identify the prospects for territorial development and the policy of support for the sustainable valorization of Karaburun ES baskets. It also allowed identifying some methodological, financial and institutional limitations that must be taken into account in future work to improve the research framework.

L'agriculture fait face à une crise environnementale qui rend nécessaire la prise en compte du fonctionnement des " écosystèmes ". Mais ce concept de l'écologie donne peu de prise à l'action dans le secteur agricole. Les champs de littérature sur les " biens communs " et sur les " services écosystémiques ", qui traitent de la gestion des écosystèmes, ont été abondamment développés et relayés par les politiques publiques. La thèse montre qu'ils cristallisent souvent les conflits entre les objectifs agricoles et les préoccupations écologiques sans pour autant permettre l'exploration de nouveaux systèmes agricoles.Notre thèse en sciences de gestion met en évidence qu'un nouvel enjeu pour la recherche scientifique est d'apprendre à piloter les régulations écologiques au sein des agro-écosystèmes de manière à rendre l'agriculture durable. Elle cherche à définir les modalités d'une démarche de conception des agro-écosystèmes : peuvent-ils faire l'objet de démarches de conception innovantes ? Quelles sont les méthodes pour les concevoir ? Et quels sont les modes de gouvernance appropriés ?L'analyse historique des raisonnements scientifiques en agronomie et en écologie met en évidence les raisons qui rendent difficiles aujourd'hui la conception des agro-écosystèmes, malgré les connaissances de plus en plus fines sur les régulations écologiques. La thèse modélise une classe d'objets particuliers, les " fonds écologiques ", que les scientifiques introduisent pour aborder les agro-écosystèmes en s'affranchissant des seuls schémas connus. Elle montre l'intérêt de ne pas considérer les fonds écologiques comme des biens communs mais comme des " inconnus communs ". Le modèle proposé, testé sur un archétype de la production intensive en région céréalière, permet d'élaborer une méthode de conception collective et innovante des agro-écosystèmes.

Les services écosystémiques (SE) ont reçu une attention croissante de la part de la communauté scientifique et des preneurs de décisions. Des approches multi-services ont été développées qui permettent de dresser un diagnostic environnemental, social et économique de territoires à plusieurs échelles. Révélant les variations spatiales individuelles de SE, les relations entre eux et l’existence de profils multi-services caractéristiques (‘bouquets’), ces études favorisent la communication entre acteurs et la gestion concertée. Pour permettre leur utilisation par le plus grand nombre, des plateformes multi-modèles permettent de fournir des estimations avec un minimum de données et d’efforts de modélisation. Des modèles plus performants existent par ailleurs mais leur coût de mise en œuvre plus élevé limite leur utilisation. Afin de répondre à une plus large palette de moyens et d’objectifs, des approches ‘par tiers’ sont donc maintenant développées.Nous présentons ici une suite de modèles génériques de SE, établis à partir de bases de données publiques et de ressources en ligne, et appliqués au cas du bassin de vie grenoblois. Ils permettent de caractériser un large éventail de services dans un territoire aux paysages et aux enjeux contrastés, tout en apportant des informations pertinentes quant aux différents aspects de planification.Nous présentons tout d’abord une suite de modèles génériques issus de la littérature et réappliqués à notre échelle. Ces modèles spatialement explicites et établis à partir de processus automatisés permettent une estimation rapide des stocks de carbone, de la prévention de l’érosion des sols, de la richesse spécifique des Vertébrés et du contrôle biologique.En réponse aux enjeux multiples de gestion des régions de montagne, nous avons développé un modèle de SE récréatif basé sur l’utilisation de traces GPS partagées sur les forums de sport. En intégrant ces données au modèle de Spectre d’Opportunité Récréative, nous avons obtenu une représentation spatiale fine de la fréquentation et de la multifonctionnalité récréative des écosystèmes.Dans une troisième partie, nous présentons une suite de modèles de SE fournis spécifiquement par les agrosystèmes. Nous avons tout d’abord établi un modèle spatialement explicite des paysages agricoles du territoire, à partir de données de télédétection et de statistiques agricoles. En couplant cette carte avec d’autres sources de données publiques et modèles biophysiques, nous avons pu évaluer les SE de production agricole, de maintien de la fertilité du sol, et de régulation de la qualité des eaux.A la lumière de ces résultats, nous examinons les implications d’utiliser au sein d’une approche multi-services une diversité de modèles issus de philosophies et de méthodologies différentes, fournissant des résultats aux niveaux d’incertitudes variables. Le regroupement d’informations contrastées dans une analyse commune interroge sur la complémentarité de ces modèles et le transfert des incertitudes à l’analyse générale. Au-delà des aspects strictement techniques, le but ultime de ces études étant d’informer les teneurs d’enjeux, un travail de communication doit donc être réalisé afin d’assurer un transfert cohérent des informations et des conclusions aux utilisateurs.Le travail présenté ici porte trois principales perspectives de développement. La mise en place d’un module informatique autonome du modèle de SE récréatif permettra sa diffusion directe à un large public. Deuxièmement, la suite de modèles servira de support pour une analyse des relations entre SE reflétant les enjeux du territoire : production agricole/efficience environnementale/biodiversité pour les agrosystèmes, hotspots récréatifs et de biodiversité dans les milieux ruraux et montagnards. L’analyse de projections selon des scénarios de développement du territoire permettra par la suite de tester la capacité de ces modèles à retourner des résultats pertinents en termes de planification. / Ecosystem services (ES) have gained increased attention from both researchers and decision-makers in recent years. Multi-service approaches have been developed and applied at various spatial scales, allowing an environmental, social and economic diagnosis of territories. Disclosing spatial patterns of ecosystem services, untangling spatial and/or causal relationships between services, and revealing the existence of characteristic ‘service profiles’ (ES bundles), such studies have helped designing land planning options and fostering communication among stakeholders. To support such efforts, comprehensive modelling platforms have been created which can provide raw estimates of multiple ES with minimum data availability and modelling efforts. On the other hand, many accurate but highly specific and hardly reproducible methods remain inapplicable to most cases. Researchers are now challenged by a double objective: to develop generic and reproducible methods which can still provide relevant information in the context of the study area. In this direction, tier-based modelling approaches have been designed in order to offer answers adaptable to a variety of situations.Here we present a suite of generic ES models for the Grenoble living basin, a major urban area located at the foot of three mountain ranges and surrounded by large agricultural lowlands. By making relevant use of a variety of large-scale databases and online resources, these models characterize a large panel of biophysical aspects in a contrasted territory and yet provide relevant information for land planning concerns.We first present a suite of generic and spatially-explicit models built from national datasets or downscaled from larger studies using fully-automated processes, which provided estimates for carbon storage, prevention of soil erosion, Vertebrate species richness and biological control.Addressing the concerns associated with management of mountain areas for multiple objectives, we developed a model of recreation ES based on the use of GPS tracks downloaded from crowd-sourced websites. Integrated within a Recreation Opportunity Spectrum framework, this process allows a spatially-accurate assessment of both visitor presence and recreational multifunctionality.We then introduce a suite of SE provided by agrosystems. Building on the results of an analysis of teledetection images and agricultural statistics, we constructed a high-resolution map reflecting spatial patterns of crop systems, serving as a common base for modelling agricultural ES: production, maintenance of soil fertility, and regulation of water quality – assessed using additional public data sources and biophysical models.In the light of these results, we examine the implications of using models originating from several fields of research, each with its own philosophy, methodology, accuracy and data requirements, in multi-service approaches. The pooling of such information in a single analysis raises several questions, such as the complementarity of these models and the transfer of uncertainties from each single model to the whole study system. Beyond these technical aspects, the ultimate goal being to inform stakeholders, a communication work must therefore be carried out to efficiently convey the right messages from the expert to the user.This work presents three main development perspectives. The release of an autonomous module of the recreation model will favor its distribution to a larger public. Second, the suite of models will provide a relevant basis for analyzing spatial relationships between SE in accordance with local stakes: combined analyses of agricultural production, environmental efficiency and animal biodiversity in agrosystems, hotspot analyses of recreation SE and biodiversity in rural and mountain areas. Third, projection analyses according to scenarios of land use change will allow testing the capacity of these models to return relevant information for land planning.

Depuis la fin de la révolution industrielle, la sphère scientifique aussi bien que la sphère politique se sont interrogée sur la forme optimale des villes. D'abord marqué par un courant majoritaire prônant le désentassement urbain et la ville "aérée", le paradigme s'est retourné au fil du temps et notamment après la forte montée de nouveaux enjeux environnementaux. Le débat public s'oriente aujourd'hui vers la nécessité d'une densification de la croissance urbaine, et d'une lutte contre l'étalement urbain. Se pose dès lors la question de la validité de telles mesures, et plus largement de conception de stratégie d'intervention publique sur la marché foncier assurant un développement urbain compatible la préservation de l'environnement. Cette thèse propose donc de contribuer au débat sur les formes optimales de villes durables, en répondant à la question suivante : est-il possible de concilier développement urbain et préservation de l'environnement? Plus précisément, la ville compact est-elle une forme de ville durable? Si oui, est-elle la seule? La provision des services écosystémiques est-elle conditionnée par la structure urbaine considérée et si oui quels services et comment?A travers une analyse micro-économique du marché foncier, et en utilisant la notion de services écosystémiques, nous proposons de répondre à ces questions. De manière générale les travaux de cette thèse font apparaître l'élément majeur suivant : en raison de la complexité du lien entre les différents services écosystémiques eux-même, et des interconnexions entre ceux-ci et le développement qui revêtent des facettes multiples, les conclusions sur les formes de ville durable ne peuvent se faire qu'en des termes conditionnels. Ce résultat constitue une invitation à engager des recherches adéquates en amont afin de bien saisir et prévoir les potentiels effets pervers associés à la promotion d’une unique forme de ville durable, comme c'est le cas à l'heure actuelle avec le paradigme de la ville compacte. / Since the end of the industrial revolution, scientists as well as politicians have been interesting in the questions related to the optimal shape of cities. Initially, a majority branch advocates for a « garden city », with open space and low density. However, the paradigm has turned over time and especially after the rise of new environmental stakes. The public debate is now focused on the need to intensify urban growth and to combat urban sprawl. This raises the question of the validity of such measures and, more broadly, of the design of a public intervention strategy on the land market ensuring urban development compatible with the preservation of the environment. This thesis proposes to contribute to the debate on the optimal forms of sustainable cities by answering the following question: is it possible to reconcile urban development and environmental preservation? More specifically, is the compact city a form of sustainable city? If so, is it the only one? Is the provision of ecosystem services conditioned by the urban structure and, if so, what services and how? Through a micro-economic analysis of the land market, and using the concept of ecosystem services, we propose to answer these questions. In general way, this thesis reveals the following major element: due to the complexity of the link between the different ecosystem services and the interconnections between them and urban development, the conclusions on sustainable city structure can only be done in conditional terms. This result is an invitation to undertake adequate researchs upstream in order to better grasp and foresee the potential perverse effects associated with the promotion of a single form of sustainable city, as is currently the case with the paradigm of the compact city.

L’évaluation environnementale est une discipline scientifique indispensable à la construction d’une société durable. L’outil le plus communément utilisé est l’Analyse du Cycle de Vie, dans lequel l’impact lié à l’épuisement des ressources y est fréquemment évalué à partir des stocks mondiaux disponibles, les taux d’extraction et leur valeur relative pour l’utilisateur. Cette approche n’est cependant pas applicable aux ressources renouvelables, comme l’eau douce et les services écosystémiques, qui, par définition, ne sont pas des stocks. L’évaluation émergétique (EME), en revanche, détermine la valeur d’une ressource (renouvelables ou non) à partir de la description des mécanismes naturels qui la génèrent. L’ACV et l’EME présentent donc un intéressant potentiel d’hybridation, la première fournissant une représentation détaillée des étapes du cycle de vie d’un produit, tandis que la seconde permet de comptabiliser la valeur des ressources renouvelables et fossiles avec une unité de mesure commune.Dans cette thèse, une méthodologie hybride récemment développée est appliquée à quatre usines de production d’eau potable, afin d’analyser la valeur ajoutée et les limites actuelles du modèle hybride. Les améliorations proposées incluent l’adaptation des indicateurs émergétiques au modèle hybride et la caractérisation des ressources d’eau douce grâce à l’emploi de Systèmes d’Information Géographique (SIG). Les outils informatiques élaborés, tels que la SIG et la modélisation dynamique, permettraient d’enrichir sensiblement les méthodes actuelles d’évaluation environnementale. La faisabilité de cette opportunité est démontrée dans cette étude par la validation de l’approche conceptuelle / Environmental assessment is a scientific discipline essential for the construction of a sustainable society. The most commonly used tool is Life Cycle Assessment (LCA), in which the impact related to resource depletion is often assessed considering global available stocks, extraction rates and relative value of the resource for the user. However, this approach cannot be applied as such to renewable resources such as freshwater and ecosystem services, which are not, by definition, stocks. In contrast, Emergy evaluation (EME) determines the value of a resource (renewable or not) from the description of the natural mechanisms that produce it. Therefore, LCA and EME present an interesting hybridation potential, the former providing a detailed representation of a product's lifecycle, while the latter allows accounting for the value of both renewable and non-renewable resources with the same rationale.In this PhD, a recently-developed hybrid framework is applied to four potable water production sites, in order to analyze the added value and current limitations of using detailed LCA databases in EME. Suggested improvements include the adaptation of emergy indicators to the hybrid framework, and freshwater resource characterization using Geographic Information Systems (GIS). Elaborated computational tools such as GIS and dynamic modeling could provide great benefits to current environmental assessment methods. The feasibility of using them is demonstrated in this study by validating the conceptual approach

Les prairies semi-naturelles constituent des espaces multifonctionnels susceptibles de rendre de nombreux services à la société. Ce sont en particulier des agro-écosystèmes favorables à l'expression d'une grande diversité floristique et faunistique. Le pâturage peut constituer un mode de gestion durable de ces espaces adapté à des objectifs de préservation et de restauration de la diversité, pouvant concilier enjeux écologiques et agronomiques. Dans ce contexte, l'objectif de cette thèse est d'arriver à une meilleure compréhension de la réponse des communautés végétales au pâturage et des conséquences fonctionnelles associées en utilisant comme modèle d'étude, trois communautés végétales rencontrées dans les prairies humides du Marais Poitevin. Cet objectif requiert d'étudier le pâturage à la lumière de deux problématiques majeures de l'écologie des communautés : (i) l'étude des règles d'assemblage des communautés et (ii) l'étude du lien entre la structure des communautés et le fonctionnement des écosystèmes. Pour cela, une approche fonctionnelle basée sur les traits des espèces se révèle pertinente. Nous avons montré que le pâturage a un impact positif sur la richesse et la diversité floristiques des trois communautés étudiées. Au sein de chacune de ces communautés, le patron de pâturage hétérogène des herbivores est à l'origine d'une hétérogénéité de la structure de la végétation qui se présente sous la forme d'une mosaïque de types de patchs caractérisés par des compositions floristiques et des abondances relatives des espèces contrastées. L'impact positif du pâturage sur la diversité et la richesse floristiques des communautés résulte à la fois (i) des variations de la composition floristique et des abondances relatives des espèces entre patchs et (ii) de l'impact des herbivores sur la diversité et la richesse spécifiques de la végétation à l'échelle intra-patch. Les variations de la composition floristique observées entre types de patchs sont le résultat des variations de l'importance de différents filtres environnementaux associés au pâturage, notamment du prélèvement de biomasse et de la compétition interspécifique. L'augmentation de l'intensité du pâturage entraîne un remplacement des espèces dominantes caractérisées par une fortes aptitude à la compétition aérienne et une stratégie conservatrice vis à vis des ressources par des espèces dominantes présentant une forte aptitude à l'acquisition des ressources une forte aptitude à la compétition racinaire. L'impact du pâturage sur la diversité à l'échelle intra-patch peut résulter de son impact négatif sur l'intensité de la compétition pour la lumière et de son impact sur l'hétérogénéité environnementale à une échelle fine. Nous avons enfin montré que le patron hétérogène de pâturage avait pour conséquence des variations des processus écosystémiques associés au cycle de l'azote et du carbone. Il existe un lien entre la structure des différents types de patchs générés par les herbivores et ces processus. Il apparaît que les valeurs des traits des espèces dominantes influencent davantage le fonctionnement écosystémique que la diversité de ces traits. Ce travail constitue une étape vers une approche prédictive de l'impact du pâturage sur la structure des communautés et le fonctionnement de l'écosystème pouvant se révéler d'une grande utilité dans l'optique de la gestion des prairies naturelles.

L'augmentation de la dégradation des sols et ses conséquences sur les services écosystémiques nécessite le développement de stratégies de restauration de ces sols. La constitution de Technosols, résultant de l’assemblage de sols pollués et de déchet industriels, est une approche innovatrice pouvant à la fois permettre de restaurer les sols et de recycler des sous-produits industriels. Des études récentes ont mis en évidence que les Technosols pouvaient assurer des services écosystémiques tels que la production primaire. Toutefois, notre connaissances des autres services écosystémiques rendus par les Technosols tels que les cycles biogéochimiques est limitée. En raison de la contribution significative des communautés microbiennes aux cycles biogéochimiques dans les sols, l’objectif de ce travail de thèse était l’effet du type de Technosol sur les communautés microbiennes et plus particulièrement les communautés fonctionnelles impliquées dans le cycle de l’azote. Dans ce contexte, (i) la densité et la diversité de la communauté bactérienne totale, (ii) la densité de la communauté crenarchéenne ainsi que (iii) la densité et les activités des communautés nitrifiante et dénitrifiante ont été étudiées dans deux types de Technosols différents. Les résultats obtenus montrent que la diversité et la composition de la communauté bactérienne des deux Technosols n'étaient pas significativement différentes entre elles, et similaires à celles de ‘sols naturels’, les Proteobacteria étant le phylum dominant (50-80%). La densité de la communauté bactérienne oxydant l’ammonium était non seulement plus importante que celle des crenarcheae qui oxyde l’ammonium, mais est également corrélée avec l'activité potentielle de nitrification suggérant ainsi que les bactéries sont responsables de l’oxydation de l’ammonium dans les Technosols. La densité des dénitrifiants et de la communauté oxydant l’ammonium sont du même ordre de grandeur que celles observées dans les sols agricoles. L’analyse de la distribution de l'activité et de la densité des communautés nitrifiante et dénitrifiante dans les différents horizons des Technosols montre un effet négatif de la profondeur, cet effet étant plus marqué que l’effet du type de Technosol étudié. Les propriétés physico-chimiques des Technosols et la densité de la communauté bactérienne oxydant l’ammonium sont corrélés à l'activité de nitrification alors que l'activité de dénitrification était contrôlée principalement par les propriétés physico-chimiques des Technosols, et dans une moindre mesure par la densité de la communauté dénitrifiant possédant le gène nirS. L'estimation de la stabilité fonctionnelle du processus de dénitrification vis-à-vis de périodes stress hydrique et thermique a montré que les Technosols présentaient une plus haute résistance et une meilleure résilience que des sols remédiés par traitement thermique uniquement. Ce travail souligne le potentiel des Technosols à assurer les services écosystémiques tels que le cycle de l’azote, ainsi que leur forte capacité à résister et à se remettre de stress environnementaux. Tout ceci semble donc indiquer que la construction de Technosols est une technologie prometteuse qui pourrait permettre la restauration de friches industrielles et le recyclage des déchets industriels / Increasing soil degradation and its consequences on overall ecosystem services urge for restoration strategies. Construction of Technosols through assemblage of treated soil and industrial wastes is an innovative technology for the restoration of polluted land and re-use of industrial by-products. Recent studies have evidenced that Technosols could support ecosystemic services such as primary production but the knowledge about other soil functions, such as biogeochemical cycling, is limited. Due to the significant contribution of microbial communities to soil functioning, this PhD work was carried out to study the effect of the type of Technosol on microbial communities with a focus on functional guilds involved in N cycling. For this purpose, the abundance and diversity of the total bacterial community and the abundance of crenarchaeal community together with the abundance and activities of the nitrifying and denitrifying communities were investigated in two types of Technosols. Results demonstrated that diversity and composition of the bacterial community were similar to ‘natural soils’ and were not significantly different between the two Technosols with Proteobacteria being the dominant phylum (50-80%). The bacterial ammonia oxidizers were greater in number than crenarchaeal ammonia oxidizers but also correlated to the potential nitrification activity suggesting that bacteria are the dominant ammonia oxidizers in Technosols. The abundance of both the ammonia oxidizers and the denitrifiers were in the same range than that observed in other soil systems. Analyses of the vertical distribution of the activity and abundance of N-cycling communities in the Technosols showed a significant depth-effect, which was more important than the Technosol type-effect. Technosols physicochemical properties and the abundance of the bacterial ammonia oxidizers were the main drivers of the nitrification activity whereas the denitrification activity was controlled mainly by the Technosols physicochemical properties and, to a minor extent, by the abundances of the nirS denitrifiers. The estimation of the functional stability of the denitrification process against the heat-drought stresses revealed that Technosol exhibited the high resistance and resilience in comparison to the thermally treated soil. This work highlighted the potential of constructed Technosols to ensure the N cycling ecosystem services, along with a high capacity to resist and recover from environmental stresses, suggesting that construction of Technosols is a promising technology and a solution for the restoration of industrial wastelands and waste recycling

Les prairies permanentes peuvent fournir une grande diversité de services écosystémiques. Elles se trouvent dans des conditions contrastées en termes de gestion et de climat en Europe. Cette diversité de conditions induit une grande variété de types de prairies différant par leur végétation et leur fourniture en services écosystémiques. Certains travaux suggèrent que le fonctionnement des écosystèmes prairiaux peut être directement relié à des critères de diversité fonctionnelle végétale. Ces critères, qui pourraient être utilisés pour évaluer les services écosystémiques, sont influencés par la gestion et le climat. L'objectif de ce doctorat est d'évaluer les effets de la gestion et du climat sur la diversité fonctionnelle végétale liée à des services écosystémiques des prairies permanentes. La première étape a consisté à sélectionner 29 critères de diversité fonctionnelles liés à 8 services écosystémiques (quantité de fourrage, qualité du fourrage, stabilité de la production de fourrage, conservation de la biodiversité, pollinisation, la séquestration du carbone, résistance à la sécheresse et fertilité azotée). Cette sélection a été faite à partir d'interviews d'experts et d'une revue de la littérature. La deuxième étape a consisté à évaluer différentes inexactitudes dans le calcul des 29 critères de diversité fonctionnelle à partir de bases de traits fonctionnels et différents jeux de relevés botaniques. La troisième étape a consisté à évaluer les critères de diversité fonctionnelle à partir des données de gestion et de climat, en utilisant notamment la technique mathématique des forêts de Breiman. Les résultats montrent que les variables climatiques ont généralement plus d'effet sur la diversité fonctionnelle que celles de gestion. En outre, pour certaines conditions climatiques, la gestion n'affecte pas certains critères de diversité fonctionnelle. Parmi les 29 critères de diversité fonctionnelle, seulement 8 critères avaient plus de 40% de leur variance expliquée par la gestion et le climat / Permanent grasslands can provide a large diversity of ecosystem services. They are found in contrasted conditions in terms of management and climate in Europe. These conditions induce a wide variety of grassland types that differ in their vegetation and are expected to differ with respect to the provision of ecosystem services. Because ecosystem functioning in grassland has been shown to be linked to plant functional diversity criteria, we put forward that these functional diversity criteria can be used to evaluate the provision of ecosystem services. These criteria are influenced by the management and the climate. The overall objective of this PhD program is to assess the effects of management and climate on the plant functional diversity related to ecosystem services of permanent grasslands. The first step of the PhD program was to select 29 functional diversity criteria related to 8 ecosystem services (quantity of forage, forage quality, stability of the forage production, biodiversity conservation, pollination carbon sequestration, dryness resistance and nitrogen fertility). This selection was made using experts' interview and literature survey. The second step was to evaluate inaccuracies in the calculation of the 29 functional diversity criteria from functional trait databases and different sets of botanical surveys. The third step was to estimate the functional diversity criteria from management and climate data using "Random Forests" methodology. The results show that the climatic variables had generally more effect on the functional diversity than the management ones. Furthermore, for some climatic conditions, the management does not affect some functional diversity criteria. Among the 29 functional diversity criteria, only 8 have more than 40 % of their variance explained by the management and climate variables