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It is important to consider sources of bias and to describe uncertainty in all aspects of spatially explicit population models, especially when results will be used to inform decision-making. In this thesis, I explored the separate landscape and population dynamic components of the model, and their interactions.

Species distribution models are used increasingly in biogeography and conservation biology to predict how species are distributed and to understand attributes of species' environmental requirements. Whilst previous work has established that standard statistical approaches, such as General Linear Models anc General Additive Models, can be useful in modelling species' distribution classification trees are both more flexible and perform better in a range of scenarios and are thus being adopted as 'state-of-the-art'. In this thesis I investigate the relative performance of a range of four different classification tree modelling techniques namely CART, Bagging, Random Forests and Boosted Regression Trees.

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Les activités humaines génèrent des stress environnementaux pouvant entrainer l’extinction des populations végétales. Dès lors, la survie de ces populations nécessite l’évolution rapide de traits adaptatifs, qui augmenterait leur capacité de tolérance à ces stress d'origine anthropique. Par exemple, la colonisation d’un site métallifère nécessite l'évolution d'une capacité à tolérer les fortes concentrations en éléments traces métalliques (ETM) dans le sol. La tolérance aux métaux est ainsi généralement plus élevée chez les espèces se développant exclusivement sur sols métallifères (métallophytes strictes), et dans les populations métallicoles des espèces se développant occasionnellement sur sols métallifères (pseudométallophytes). Néanmoins, les mécanismes évolutifs permettant une augmentation de la tolérance aux métaux restent mal compris. Dans ce contexte, un projet d’évolution expérimentale a été initié dans le but d’observer l’effet du zinc sur l’évolution d’une population non-métallicole de l’espèce pseudométallophyte, Noccaea caerulescens. Pour cela, plusieurs populations métallicoles et non-métallicoles ont été échantillonnées afin de constituer quatre populations expérimentales (EP) qui ont été cultivées en mésocosme. Une EP d'origine non-métallicole a été exposée à un sol non contaminé (EP1), deux EP d'origine non-métallicole ont été exposées à sol contaminé à 750 mg.kg-1 de zinc (EP2 et EP3) et une EP d'origine métallicole a été exposée à un sol contaminé à 750 mg.kg-1 de zinc (EP4). A chaque génération, la performance de chaque individu a été mesurée, et les graines récoltées, de façon à construire la génération suivante. Après deux générations, plusieurs réplicas des populations dérivées et ancestrales de chaque EP ont été cultivées en conditions contrôlées dans différentes conditions d'exposition au zinc (750 mg.kg-1 et 2000 mg.kg-1 ). Leurs capacités de tolérance ont été évaluées à travers la mesure de plusieurs traits fonctionnels. Les résultats de cette étude montrent que le zinc représente effectivement une pression de sélection pour les populations non-métallicoles de Noccaea caerulescens, qui entraine une surreprésentation de certaines descendances à la génération suivante. Cette sélection semble avoir affecté de façon similaire les deux populations expérimentales d'origine non-métallicoles soumises au zinc (EP2 et EP3). En comparant différents traits fonctionnels morphologiques, physiologiques et phénologiques, potentiellement impliqués dans la tolérance aux métaux entre populations dérivées et ancestrales, nous observons une réponse phénotypique forte des populations EP2 et EP3 avec, notamment, une augmentation significatives de quasiment tous les traits morphologiques en lien avec la croissance des individus (nombre de feuilles, surface de la plante, hauteur de la plante, etc.). / Human activities generate environmental stresses that can lead to the extinction of plant populations. Therefore, the survival of these populations requires the rapid evolution of adaptive traits, which would increase their ability to tolerate these anthropogenic stresses. For example, the colonization of a metalliferous site requires the evolution of an ability to tolerate high concentrations of metal trace elements (MTE) in the soil. Thus, metal tolerance is generally higher in species growing exclusively on metalliferous soils (strict metallophytes), and in metallicolous populations of species growing occasionally on metalliferous soils (pseudometallophytes). However, the evolving mechanisms for increasing metal tolerance remain unclear. In this context, an experimental evolution project was initiated to observe the effect of zinc on the evolution of a nonmetallicolous population of the pseudometallophyte, Noccaea caerulescens. For this purpose, several metallicolous and nonmetallicolous populations were sampled to form four experimental populations (EP) that were cultured in mesocosm. One nonmetallicolous EP was exposed to uncontaminated soil (EP1), two non-metallicolous EPs were exposed to contaminated soil at 750 mg.kg-1 of zinc (EP2 and EP3) and one metallicolous EP was exposed to contaminated soil at 750 mg.kg-1 of zinc (EP4). In each generation, the performance of each individual was measured, and the seeds were harvested, in order to build the next generation. After two generations, several replicas of the derived and ancestral populations of each EP were cultivated in controlled conditions under different zinc doses (750 mg.kg-1 and 2000 mg.kg-1 ). Their tolerance abilities were assessed through the measurement of several functional traits. Results of this study showed that zinc represent a selection pressure for nonmetallicolous populations of Noccaea caerulescens, leading to an over-representation of some offspring in the next generation. This selection seemed to similarly affected EP2 and EP3. Comparison of different morphological, physiological and phenological functional traits, potentially involved in metal tolerance, between derived and ancestral populations showed strong phenotypic response of EP2 and EP3 with a significant increase in almost all morphological traits related to individual growth (number of leaves, plant surface, plant height, etc.).

Le capricorne asiatique Anoplophora glabripennis est un exemple d’insecte ayant bénéficié du commerce international depuis l’Asie pour envahir une partie de l’Amérique du Nord où il est présent depuis les années 1990, et de l’Europe où sa présence a été détectée au début des années 2000. Cette espèce hautement polyphage se développe dans les arbres urbains et peut causer leur mort, soulignant l’importance du contrôle de sa population. En utilisant une approche pluridisciplinaire sur la base du modèle A. glabripennis, cette thèse vise à apporter de nouveaux éléments pour la compréhension globale des invasions biologiques. Dans un premier temps, j’ai cherché à retracer son cheminement dans le monde. Dans un second temps, j’ai cherché à savoir si certaines de ses caractéristiques biologiques avaient contribué au succès de son invasion. Enfin, j’ai abordé la question de l’impact écologique d’A.glabripennis en me focalisant sur les modifications de la faune de xylophages que sa présence aurait pu entrainer. Les résultats obtenus au cours de cette thèse ont permis de mettre en évidence une invasion complexe incluant plusieurs introductions ainsi qu’un scénario de tête de pont entre l’Amérique du Nord et l’Europe. Il apparait également que certains traits de l’espèce ont contribué à modeler son schéma de distribution. Sa résistance au stress thermique notamment a probablement favorisé son installation sous des climats variés. Par ailleurs, la dispersion naturelle d’A. glabripennis semble très limitée, mais mes résultats indiquent que l’espèce n’est pas restreinte par ses capacités physiologiques pour disperser. Enfin, l’étude préliminaire des faunes envahies ne révèle pas pour le moment d’effet de l’espèce sur les autres Cérambycidés. Au regard des autres cas d’invasion documentés, le cas d’A.glabripennis souligne donc la diversité des caractéristiques des espèces devenant invasives, et confirme la difficulté d’en dresser un portrait type. / The Asian longhorned Beetle Anoplophora glabripennis provides a good example of insects that benefited from international trade from Asia. It partly invaded North America, where it has been present since the 1990s, and Europe where its presence was detected in the early 2000s. This highly polyphagous species develops in urban trees and can cause their death, highlighting the importance of its management. The aim of this thesis was to use a multidisciplinary approach to study the invasion of A. glabripennis in order to bring new elements to the global understanding of biological invasions. I therefore first wanted to retrace its invasion route through the world. Secondly, I sought to know whether some of its biological characteristics had contributed to the success of its invasion. Finally, I addressed the question of the ecological impact of A. glabripennis by focusing on the alterations of the xylophagous fauna that its presence could have caused. The results obtained in this thesis revealed a complex invasion which includes several introductions as well as a bridgehead scenario between North America and Europe. It also appeared that some traits of the species contributed to shaping its distribution pattern. Notably, its resistance to thermal stress probably favored its installation in various climates. Furthermore, the natural dispersion of A. glabripennis seems very limited, but my results indicated that the species is not limited by its physiological capacities to disperse. Finally, the preliminary study of the invaded fauna did not reveal any effects of the species on the other Ceramycidae for the moment. In the light of the other cases of invasion documented, the case of A. glabripennis highlights the diversity of the characteristics of species becoming invasive, and confirms the difficulty of drawing a typical portrait.

Les activités d'origines anthropiques entraînent des modifications profondes du paysage : dans ce contexte, le succès de dispersion revêt une grande importance pour la persistance à long terme des populations animales et végétales. La génétique du paysage est une discipline récente qui permet de détecter et de modéliser les flux de dispersion de manière indirecte par le biais de l'identification des flux de gènes dans l'espace. Bien qu'il ait été suggéré delongue date qu'un échantillonnage individu-centré pouvait permettre de s'affranchir de certains biais liés à unedélimitation a priorides populations, les études portant sur des organismes présentant une distribution spatiale discontinue restent malgré tout le plus souvent basées sur un échantillonnage réalisé à l'échelle populationnelle. C'est sur cette thématique qu'ont porté mes travaux de thèse. Des résultats obtenus par simulations montrent qu'augmenter le nombre de points échantillonnés dans l'espace au détriment du nombre d'individus par agrégat peut permettre une meilleure détection de l'influence de la matrice sur les flux de gènes, quelque soit le régime de dispersion et le contexte paysager considérés. Appliqué à l'étude de la dispersion du triton alpestre Ichthyosaura alpestris, d'une part en paysage fragmenté par des infrastructure linéaires de transport (isolation par barrières aux flux de gènes IBB) et d'autres part en paysage agricole (isolation par résistance de la matrice paysagère IBR), l'échantillonnage individu-centré apparaît comme une alternative flexible et efficace à l'échantillonnnage populationnel classique. / Anthropogenic activitites lead to profound landscape alterations : dispersal success thus holds a paramount importance for long-term persistence of populations. Landscape genetics is a recent discipline aiming to detect and describe dispersal patterns through indirect estimations of gene flow. Although the use of an individual-based sampling scheme has been proposed for a ;ong time to get round the issue of an a priori delimitation of population boundaries, most landscape gentic studies are still based on a population-based sampling scheme. results from simulations showed that decreasing the sampling coverage on individuals within populations in favour of a better sampling coverage of aggregates through space allowed a better detection of the impacts of landscape on gene flow, whatever the individual dispersal behaviour or the landscape configuration. when considering the dispersal patterns in the alpine newt Ichthyosaura alpestris, both in the vicinity of large transport infrastructures (Isolation-by-barrier IBB) and in agricultural landscape (Isolation-by-landscape-resistance IBR), the individual-based sampling scheme proved to be a flexible and efficient methodological alternative to the more conventional population-based sampling scheme.

Les réglementations conduisent à multiplier les évaluations du risque écologique lié au rejet des substances chimiques dans les milieux aquatiques avec pour objectif de protéger les populations naturelles. Cependant, ce niveau de protection visé ne peut être utilisé facilement pour établir un lien direct entre une contamination et ses effets. Pour palier cette difficulté, les approches multi-échelles basées sur l'étude des effets des contaminations sur des marqueurs individuels puis sur l'extrapolation de ces effets au niveau des poipulations à partir de modèles de dynamique de population représentent des démarches prometteuses et commencent à être bien acceptées dans les démarches prédictives.Cependant, leur utilisation pour le diagnostic de la qualité des milieux aquatiques reste pour le moment très rare, d'une part en raison de la forte variabilité des réponses des marqueurs individuels in situ liée à l'influence de divers facteurs environnementaux confondants pour l'évaluation de la toxicité, et d'autre part à cause du manque de pertinence environnementale des modèles actuellement proposés. Centré sur l'utilisation de deux espèces couramment observées dans les cours d'eau européens et présentant des caractéristiques écologiques et phylogéniques contrastées : le crustacé Gammarus fossarum et le mollusque Potamopyrgus antipodarum, ce travail doctoral a permis : 1- de proposer une méthodologie pour prendre en compte l'influence des facteurs de confusion dans le but d'améliorer la lecture des bioessais in situ basés sur la mesure des marqueurs individuels sur des organismes encagés et 2- de développer des modèles de dynamique de population écologiquemnt pertinents. / The regulatory framework lead to increase the assessments of the ecological risk linked to the dischaarge of chemical substances in aquatic environment with the aim to protect natural populations. However, this target level of protection cannot be used so easily to etablish a direcet link between a contamination and its effects. In order to overcome this difficulty, the multi-scale approaches based on the study of the effects of the contaminations on individual markers and then on the extrapolation of these effects at the population level with population dynamic models reprensent promising tools and start to bewell accepted in predictive processes. Yet, their use for the diagnosis of water quality remainsrare for the moment, on the one hand, because of the important varaibility of answers of individual makers in situ linked to the influence of diverse confounding environmental factors for the assessments of toxicity and, on the other hand, because pf the lack of environmental relevance of models currently proposed. Focused on the use of 2 species widely observed in European rivers and presenting contrastingecological and phylogenetic characteristics : the Grammar fossarum crutacean and the Potamopyrgus antipodarum mollusc, this doctoral degree first propose a methodology to consider the influenceof confounding factors in order to improve the reading of biological in situ tests based on the measurment of individual markers on caged organisms and second, to develop ecologically relevant population models. Thus, this work allowed to underline the importance of the consideration of confounding factors (i.e. temperature), in different in situ tests based on the measurment of individul markers on caged organisms. Moreover, population models for both species have been defined in order to test the influence of life histories and seasonal variations on demographic sensitivity of populations.