Pour éviter la disparition d'une espèce menacée, l'augmentation des effectifs par transfert d'individus d’une population source à la population cible (renforcement) et la création de populations nouvelles (réintroduction), constituent des instruments clés des stratégies de conservation. Cependant le transfert d’individus dans un contexte d’adaptation locale peut aboutir à une mal-adaptation des individus transférés dans leur environnement d’introduction. Par ailleurs les descendants des croisements entre individus natifs et individus transplantés peuvent présenter une valeur sélective réduite consécutive à la dépression hybride. Intégrer les notions d’adaptation locale et de dépression hybride en biologie de la conservation suscite de nombreuses interrogations, quant à la mise en évidence des adaptations locales, les mesures de distances entre populations, le choix des populations cibles dans un protocole de renforcement ou de réintroduction. La présente thèse s’inscrit dans un projet de conservation d’une espèce micro-endémique menacée, la Biscutelle de Neustrie. Elle s’attache à prendre en compte l’adaptation locale et ses conséquences dans les protocoles de renforcement de l’espèce. Cette thèse comporte trois volets : (1) l’étude de la dépression hybride en lien avec la distribution géographique de l’espèce, en conditions environnementales contrôlées et en sites d’introductions (2) l’étude de la différenciation écologique des populations en termes d’habitats et de traits d’histoire de vie ainsi que le patron d’adaptation locale des plantes à leur environnement naturel (3) la comparaison de deux stratégies conservatrices de renforcement : l’auto- et l’allo-renforcement. La synthèse de ces trois volets a permis d’élaborer un protocole de conservation pour l’espèce et plus largement d’identifier les paramètres à intégrer pour réussir un transfert d’individus chez les espèces menacées ou d’en comprendre les échecs. / In conservation management of threatened populations or species, reintroduction and reinforcement procedures constitute essential tools. However, transplanted individuals may either establish in the introduction site or be poorly adapted to it. Moreover outcrosses may either increase or decrease outbred progeny fitness, by heterosis or outbreeding depression respectively. In this context, understanding the pattern of genetic and adaptive differentiation between populations is essential for the elaboration of conservation strategies. The objective of the present study is to apply this proposition in the context of the conservation program of Biscutella neustriaca, a declining species. First, we investigated progeny fitness from crosses between populations at distinct geographic scales. Second, we examined ecological differences between habitats, genetic differences in life-history traits between populations and the pattern of local adaptation in greenhouse and in introduction sites. Third, we compared the efficiency of two conservative reinforcement strategies. Finally after a synthesis of these three parts we developed a protocol for the conservation of B. neustriaca and more widely we identified the parameters to include for a successful transfer of individuals in threatened species or for a better understanding of failed attempts.

This thesis describes PatchMapper, a model combining a population simulator based on individual behaviour, with a spatially explicit representation of a landscape. To investigate the robustness of the technique, representatives of three major taxa were modelled: the nuthatch (Sitta europaea L.), the white-footed mouse (Peromyscus leucopus Rafinesque) and the black hairstreak (Satyrium pruni L.). For the nuthatch and white-footed mouse, the performance of PatchMapper was compared with published models of the same species, but using different approaches, including, for the nuthatch, a comparison against observed numbers in a real landscape. To investigate the behaviour of the model, a sensitivity analysis was also undertaken. Written in Java, for portability, the model enables the user to select demographic and behavioural parameters via an interactive interface and includes a real-time (computer) display of the position of individuals during the simulation. Novel aspects of the model include perceptual range and field-of-view. Internally generated neutral landscapes can be used for modelling general cases, with imported digitised landscapes enabling specific study areas to be modelled. Habitat area and habitat quality dynamics can also be modelled. Dispersal flow diagrams can be generated, providing a visual explanation of the effects of landscape changes on inter-patch dispersal paths and populations in target patches. Performance compared well with published models, predicting a feasible match with observed numbers of nuthatches in the real landscape. Revealing predictable and realistic responses, the sensitivity analysis revealed that the model coding was valid. The value of specific case studies was illustrated, along with the dangers of relying on intuition when evaluating the response of species to habitat fragmentation. The individual-based SEPM approach was found to be best suited to the modelling of univoltine territorial species (such as nuthatch), with a single dispersal phase between fledging and territorial establishment. When demonstrating the model, the visual outputs proved particularly effective. Providing a set of features not seen in published models and enabling modelling at both local and landscape scales, PatchMapper is offered as a prediction tool for those engaged in activities such as biodiversity conservation and habitat management

Les plantes cultivées peuvent modifier la disponibilité en ressources et les perturbations perçues par les communautés d’organismes présentes dans les agroécosystèmes et en conséquence, influencer les fonctions écosystémiques utiles à la production agricole telles que la minéralisation de N et de S ou la compétition culture-adventices. Notre objectif était d’évaluer l’effet du pois (Pisum sativum L.), introduit dans une succession de cultures, sur les communautés d’adventices et les communautés microbiennes impliquées dans la minéralisation de N et S. Pour ce faire, nous avons mené des expérimentations en conditions contrôlées et utilisé les données d’une expérimentation au champ conduite pendant 5 ans. En conditions contrôlées, nous avons montré que le pois influence via ses traits racinaires certaines activités enzymatiques liées à la minéralisation de N. En revanche au champ, les variables climatiques influencent principalement le fonctionnement des communautés microbiennes impliquées dans la minéralisation de N et S. Par ailleurs, nous avons observé que le pois sélectionnait des communautés d’adventices fonctionnellement différentes de celles d’autres cultures, comme le colza, mais cet effet du pois ne persistait pas sous la culture suivante. En conclusion, les effets du pois sur les communautés microbiennes impliquées dans la minéralisation de N et S sont faibles comparés à ceux d’autres facteurs comme les conditions climatiques. En revanche l’effet du pois sur les communautés d’adventices est fort mais limité dans le temps. Ces résultats montrent la nécessité de mener les expérimentations au champ sur plusieurs années afin de prendre en compte la variabilité climatique. / Crops species modify resources availability and perturbation regimes perceived by the communities of organisms residing in the agroecosystems and, as a consequence, can lead to alteration of ecosystem functions useful to crop production, such as nitrogen and sulfur mineralization or crop-weeds competition, realized by weeds or microorganisms. Our objective was to study the effect of a legume, pea, when introduced in a crop succession, on weed communities and microbial communities involved in protein decomposition and sulfate ester mineralization, which are the main forms of N and S, respectively, in agricultural soils. To do so, we performed experiments in controlled conditions used data from a 5-years field experiment. In controlled conditions, we showed that pea during its development modify through its root functional traits several enzymatic activities involved in N decomposition/mineralization. However, in the field experiment, climatic factors were the main drivers of the microbial communities involved in N and S decomposition/mineralization. Moreover, pea selected weed communities that were functionally different from weed communities growing in other crops such as oilseed rape. However, this effect did not persist under the following crop. As a conclusion, our results suggest that pea modifications of microbial communities are weak compared to other factors such as climatic factors. However, pea effects on weed communities are strong but short lived. Those results highlight the complementarity of microcosm and field experiments, and the necessity of long term field experiments to take into account climate variability.

Les théories relatives à la biodiversité contrastent fortement quant au rôle qu’elles accordent aux différences de traits écologiques entre espèces (théorie des niches) ou à la stochasticité démographique (théorie neutre de la biodiversité) pour expliquer l’organisation des communautés d’espèces compétitrices. Les espèces en compétition pour une ressource pulsée permettent de tester à relativement court terme ces théories : dans le cadre de la théorie des niches, les espèces en compétition devraient présenter de fortes différences de traits les conduisant à exploiter différemment la ressource pulsée; elles devraient alors répondre démographiquement de manière différente aux fortes fluctuations en ressources et leurs dynamiques populationnelles devraient être asynchrones. Au contraire, dans le cadre de la théorie neutre, les espèces ne devraient pas présenter de différences majeures dans leurs caractères associés à l’exploitation de la ressource variable; elles devraient alors répondre de la même manière aux pulses et leurs dynamiques populationnelles devraient être synchronisées. Nos travaux, centrés sur quatre espèces du genre Curculio en compétition pour l’exploitation des glands de chêne, permettent de mettre en évidence (i) qu’un fort partitionnement global de leurs niches est assorti de dynamiques populationnelles asynchrones. (ii) Cependant, ils montrent également que deux des quatre espèces compétitrices apparaissent très similaires quant aux caractères étudiés et présentent des dynamiques de population synchronisées. Les résultats, dans leur ensemble, fournissent donc l’un des premiers arguments empiriques en faveur d'une théorie unifiée de la biodiversité / Understanding the organization of communities composed of competing species, and notably their biodiversity, has led to two theories that sharply contrast with each other about the role primarily assigned either to the differences in ecological traits among the species (niche theory) or to the demographic stochasticity (neutral theory of biodiversity). Species competing for a pulsed resource allow testing the two theories in short-term studies: the niche theory predicts that differences should exist in the traits of such species, which should allow them taking advantage of the resource in various ways; the species should thus respond differently to the fluctuations in the availability of the resource, resulting in asynchronous population dynamics. In contrast, the neutral theory predicts that the trait differences possibly existing between the species should not impact the way they use the variable resource; the species should then respond similarly to the pulses and their population dynamics should be synchronized. Our work, focusing on four phytophagous insect species (Curculio spp.) that compete for oak acorns (Quercus spp.), (i) show evidence of a clear, global niche partitioning combined with asynchronous population dynamics (ii) but points out that two of these species show similar ecological traits and display synchronized population dynamics. Overall, these results therefore provide one of the first empirical arguments in favor of a unified theory of biodiversity

Ακολουθώντας μακροικολογική προσέγγιση, στόχος της διατριβής είναι η μελέτη των προτύπων συγκρότησης των νησιωτικών βιοκοινοτήτων. Συγκεκριμένα, στόχος είναι η διερεύνηση των προτύπων συνεμφάνισης ειδών, των προτύπων ανομοιότητας στη σύνθεση ειδών και της επίδρασης περιβαλλοντικών παραγόντων σε αυτά, καθώς και των προτύπων εγκιβωτισμού σε νησιωτικές βιοκοινότητες. Για το σκοπό αυτό, συνέλεξα μεγάλο αριθμό δεδομένων από διάφορα νησιωτικά συστήματα του κόσμου, καταρτίζοντας πίνακες παρουσίας-απουσίας ειδών για κάθε νησιωτικό σύστημα. Στη συνέχεια προσπάθησα να αναδείξω γενικά προτύπα συγκρότησης των νησιωτικών βιοκοινοτήτων. Αρχικά, αξιολόγησα δύο δείκτες («φυσικός» δείκτης και δείκτης CS), οι οποίοι εξετάζουν τα πρότυπα συνεμφάνισης σε επίπεδο ζευγών ειδών, ως προς την καταλληλότητα τους για τη διερεύνηση των προτύπων συνεμφάνισης ειδών. Τα αποτελέσματα καταδεικνύουν ότι και οι δύο δείκτες είναι κατάλληλοι ως δείκτες διερεύνησης των προτύπων συνεμφάνισης των ειδών. Mε τη χρήση αυτών των δύο δεικτών ανιχνεύονται σημαντικά πρότυπα συνεμφάνισης ειδών σε πολύ λιγότερες περιπτώσεις σε σύγκριση με τον δείκτη C-score που εξετάζει τα πρότυπα συνεμφάνισης σε επίπεδο ολόκληρου πίνακα παρουσίας-απουσίας ειδών. Γενικά, τα περισσότερα πρότυπα συνεμφάνισης ανιχνεύονται στις νησιωτικές κοινότητες των σπονδυλωτών και των φυτών. Ακολούθως, διερεύνησα τα προτύπα ανομοιότητας στη σύνθεση ειδών διάφορων ομάδων οργανισμών σε ωκεάνια και ηπειρωτικά νησιωτικά συστήματα, σε μερικές περιπτώσεις υπό το πρίσμα των διαφορετικών ικανοτήτων διασποράς των τάξων. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι η ανομοιότητα στη σύνθεση ειδών μεταξύ νησιών επηρεάζεται από την ομάδα οργανισμών που μελετάται. Τάξα με μεγάλη ικανότητα διασποράς τείνουν να έχουν χαμηλότερο βαθμό ανομοιότητας μεταξύ νησιών σε σύγκριση με άλλα τάξα με μικρότερη ικανότητα διασποράς. Η ανομοιότητα στη σύνθεση ειδών μεταξύ νησιών επηρεάζεται επίσης από τον τύπο νησιωτικού συστήματος. Τα ωκεάνια νησιωτικά συστήματα τείνουν να έχουν υψηλότερο βαθμό ανομοιότητας στη σύνθεση ειδών μεταξύ νησιών από ότι τα ηπειρωτικά νησιωτικά συστήματα (αποδείχθηκε για τις κοινότητες σαυρών). Οι διαφορές στην έκταση και η απόσταση μεταξύ των νησιών επηρεάζουν σημαντικά την ανομοιότητα στη σύνθεση ειδών μεταξύ νησιών. Οι διαφορές στο υψόμετρο επηρεάζουν σε μικρότερο βαθμό την ανομοιότητα στη σύνθεση ειδών και κυρίως φαίνεται να επιδρούν στα ωκεάνια νησιά και στις κοινότητες των τάξων με μεγάλη ικανότητα διασποράς, όπως είναι τα πτηνά και οι νυκτερίδες. Τέλος, διερεύνησα τον βαθμό εγκιβωτισμού των νησιωτικών βιοκοινοτήτων χρησιμοποιώντας τον δείκτη εγκιβωτισμού NODF. Σε συνδυασμό με ένα μηδενικό μοντέλο που διατηρεί σταθερό το άθροισμα των στηλών και των σειρών του πίνακα παρουσίας-απουσίας ειδών, ανιχνεύονται αρκετές «αντι-εγκιβωτισμένες» νησιωτικές βιοκοινότητες. Οι περισσότερες από αυτές επιδεικνύουν σημαντικό πρότυπο συνεμφάνισης ειδών. Αρκετές «αντι-εγκιβωτισμένες» βιοκοινότητες έχουν πολύ υψηλό βαθμό αντι-εγκιβωτισμού δηλαδή έχουν αρκετά νησιά τα οποία δεν έχουν κανένα κοινό είδος. Αυτό μπορεί να οφείλεται είτε στην ύπαρξη διαφορετικών δεξαμενών ειδών για τα νησιά του ίδιου νησιωτικού συστήματος είτε στη μειωμένη ικανότητα διασποράς των ειδών και κατά συνέπεια στη διαμόρφωση ξεχωριστών βιοκοινοτήτων στα νησιά. / Following a macroecological approach the aim of this thesis is the study of the assembly patterns of insular communities. In particular, the aim is to investigate species co-occurrence patterns, compositional dissimilarity patterns as well as the effect of environmental factors on those patterns and also to investigate nestedness patterns of insular communities. I collected a large number of data from various insular systems of the world, compiling species presence-absence matrices for each insular system and Ι attempted to describe general assembly patterns of insular communities. First, I evaluated the statistical properties of two metrics ("natural" and CS), that are used to examine co-occurrence patterns at the species-pair level, to determine if they can be used in the investigation of species co-occurrence patterns. The results show that both metrics can be used in the investigation of these patterns. Using the "natural" and the CS metrics, significant species co-occurrence patterns are identified in very few cases. On the contrary, using the CS metric, significant species co-occurrence patterns are identified in many cases. The majority of the significant species co-occurrence patterns are identified in the communities of vertebrates and plants. Also, I investigated compositional dissimilarity patterns of various taxa in oceanic and continental shelf insular systems, in some cases taking into account the differences in the dispersal ability among taxa. The results showed that compositional dissimilarity patterns are dependent on the taxon. Taxa with good dispersal abilities tend to have level lower levels of between-island compositional dissimilarity than taxa with poor dispersal abilities. Compositional dissimilarity patterns are also dependent on island type. Oceanic insular systems tend to have a higher level of compositional dissimilarity than continental shelf insular systems (clearly demonstrated for lizards). Inter-island distance, as well as area differences between islands, have an important effect on compositional dissimilarity between islands. Elevation differences between islands have a weaker effect on compositional dissimilarity. Significant effects of elevation differences between islands are only observed in oceanic insular systems and in the communities of taxa with good dispersal abilities such as birds and bats. Finally, I investigated the nestedness degree of insular communities. Using the NODF metric in combination with a null model that preserves the column and row sums of the species presence-absence matrix, we can detect several "anti-nested" insular communities. The majority of these communities also exhibit a significant species co-occurrence pattern. Several "anti-nested" communities have high values of the anti-nestedness index, indicating that they have many island pairs that have no species in common. A possible explanation for this is that for a given insular system there may be more than one species source pool. Poor dispersal abilities of various species can also lead to the assembly of distinct communities on different islands.