Les kelps sont des espèces clés dans les écosystèmes marins tempérés, elles vivent en milieu intertidal le long des côtes où elles sont souvent exposées à des herbivores. Comme la plupart des organismes sessiles, les kelps ont développé des stratégies de défense contre l’herbivorie. Chez la laminaire Laminaria digitata, l’élicitation par les oligoguluronates induit des régulations transcriptomiques et l’activation de voies métaboliques, menant à la production et la libération de métabolites dans l’environnement, tels que des aldéhydes. De plus, cette espèce d’algue brune a montré des réponses systémiques suite à une élicitation. Des composés solubles dans l’eau de mer environnant les forêts de laminaires peuvent aussi modifier leur physiologie en réponse à l’élicitation. Une telle signalisation chimique à distance lors des réponses de défense rappelle les phénomènes de protection systémique et de potentialisation chez les plantes. Dans les forêts de laminaires, celle-ci pourrait jouer un rôle écologique majeur dans la structuration des algues marines et des communautés d’herbivores. Dans le contexte des interactions kelp/herbivores, nous avons étudié les réponses de défense et les processus de signalisation chez deux espèces emblématiques de laminaires originaires des côtes atlantiques et du Pacifique Sud, impliquées dans des interactions spécialisées avec leurs herbivores, L. digitata en interaction avec Patella pellucida (Bretagne, France) et Lessonia spicata avec Scurria scurra (Chili). Des approches combinées de métabolomique et de bio-essais ont été réalisées pour élucider la nature de potentiels signaux chimiques et leurs rôles biologiques et écologiques dans la défense des algues face aux herbivores. Les résultats ont montré que, en réponse à un broutage, les kelps présentent des modifications métaboliques telles que l’induction de voies de biosynthèse des acides gras, des oxylipines et d’acides aminés, ainsi que des modifications transcriptomiques. De plus, nous avons constaté que les laminaires co-incubées avec des algues broutées présentaient des changements de leur endo-métabolome en comparaison à des algues broutées, et semblaient moins consommées lors d’un broutage ultérieur, suggérant une perception et une intégration des composés algaux induits par l’herbivorie par les algues voisines. Des études de terrain et en laboratoire ayant précédemment mis en évidence une libération massive d’aldéhydes dans l’air et l’eau de mer après des stress biotiques et abiotiques, nous avons exploré les rôles biologiques d’une signalisation de type aldéhyde dans les interactions kelp/herbivores. Nous avons montré que les aldéhydes pouvaient modifier le métabolisme d’une algue par l’activation du métabolisme des acides gras, et que l’application de 4-HHE sur L. digitata pouvait réduire significativement une consommation algale ultérieure par les herbivores. Ainsi, ces résultats participent à une meilleure compréhension des réponses de défense suite à un broutage chez les laminaires, et confortent l’existence d’une signalisation à distance dans les interactions avec les herbivores, qui impliquerait des composés de défense émis par les algues, dont les aldéhydes. / Kelps are founding species of temperate marine ecosystems, they evolve in the intertidal coastal areas where they are often challenged by herbivores. As most of sessile organisms, kelps develop defensive strategies against herbivory. In the kelp Laminaria digitata, elicitation by oligoguluronates induced regulations of transcription and metabolic pathways, leading to production and release of metabolites, such as aldehydes, in the environment. Moreover, this kelp species feature systemic responses upon defense elicitation and waterborne compounds surrounding a kelp bed have shown to modify its defense physiology. Such distant chemical signaling during defense responses are reminiscent of systemy and priming mechanisms in plants. In marine kelp beds, it should have a major ecological role in structuring marine algal and herbivore communities. In the context of kelp/herbivore interactions, we investigated the defense responses and signaling processes in two emblematic kelp species from north Atlantic and South Pacific coasts, involved in specialized interactions with their herbivores, L. digitata in interaction with Patella pellucida (Brittany, France) and Lessonia spicata with Scurria scurra (Chile). Combined approaches of metabolomics and bio-assays were carried out to decipher the nature of the putative chemical cues, and their biological and ecological roles in algal defense against herbivores. Results showed that, in response to grazing, kelps featured metabolic modifications such as induction of fatty acids, oxylipins and amino acids biosynthetic pathways, as well as transcriptomic modifications. Moreover, we observed that kelps co-incubated with grazed algae exhibited endo-metabolome changes compared to grazed one, and seemed to be less consumed during a subsequent grazing, suggesting the perception and integration of herbivory-induced algal compounds in neighboring algae. As field and lab studies previously highlighted a strong release of aldehydes into the air and the seawater following biotic and abiotic stresses, we further explored the biological roles of aldehyde-based signaling in kelp/herbivore interactions. We found that aldehydes could modify algal metabolism, including the activation of fatty acid metabolism, and that the application of 4-HHE on L. digitata could significantly reduce later algal consumption by herbivores. Thus, these results contribute to a better understanding of defense responses following grazing in kelps, and revealed the occurrence of distance signaling during interaction with herbivores, which could involve algal emitted compounds, such as aldehydes.

Traditionally, hypoxia has been defined as the situation where DO levels have fallen below 2.0 mg O2 L-1, but increasing evidence suggests that this low level of DO is inadequate to describe the onset of hypoxia impacts for many organisms. Consequently, there is a need for a greater understanding of how ‘moderate’ alterations in DO levels will affect ecosystem processes and functionality, specifically through behavioural and physiological alterations at the organism and community level. This thesis reports on mesocosm experiments which were conducted to examine the effects of moderate ( > 3.0 mg O2 L-1) hypoxia on firstly, a key ecosystem engineer, the brittlestar Amphiura filiformis, and secondly, on the Station L4 infaunal macrobenthic community. Station L4 is a longstanding marine biodiversity and MSFD reference site and forms part of the Western Channel Observatory. At the organism level, short-term (14 d) exposure to moderate hypoxia significantly reduced oxygen uptake rates, oocyte diameter and oocyte development in A. filiformis. However, these physiological affects occurred irrespective of brittlestar population density. Additionally, moderate hypoxia reduced brittlestar activity, in terms of bioturbation behaviour, consequentially having an effect on ammonium and silicate fluxes. These observations were only detected when brittlestar population density was high. It was concluded that denser populations of A. filiformis may therefore exhibit the greatest changes in behaviour and shifts in ecosystem function as competition for resources and oxygen heightens. The benthic community at Station L4, displayed considerable tolerance to medium-term (6 wk.) exposure to moderate hypoxia, in terms of structure, diversity and bioturbatory behaviour, but these results may be different if exposure was longer or more severe. Alterations in nutrient fluxes were detected, but there was little evidence to suggest these changes were due to macrofaunal behavioural alterations. Additionally, results from this study revealed that bringing complex natural communities into the mesocosm caused a substantial loss of individuals and species, mainly due to translocation and disturbance effects. This important insight into the effects of bringing community assemblages into the mesocosm confirms that even with a loss of diversity, the L4 community maintained functionality and was resilient to alterations in DO. This suggests that the L4 benthic community does not depend on any one specific species for the provision of important ecosystem processes, resulting in considerable functional resilience within the L4 system. However, vulnerability to benthic systems may increase if functionality is dominated by species such as A. filiformis. Consequently, moderate hypoxia may not immediately affect benthic communities in terms of structure and diversity, but the physiological effects on individuals, especially to reproductive development, may cause alterations in the quality and quantity of planktonic propagules supplied by benthic species to the pelagic environment. This could affect benthic community diversity and functionality in the long term if repeated hypoxic events occur.

Nos connaissances sur la diversité virale associée aux micro-organismes présents dans les sources hydrothermales océaniques profondes restent encore limitées. Seules quelques études concernant l’abondance virale et l’impact de ceux-ci sur la mortalité microbienne dans ces écosystèmes sont disponibles. En effet, seuls 6 bactériovirus et 2 archéovirus provenant de ces écosystèmes ont été caractérisés à l’heure actuelle. Les deux archéovirus infectent des archées anaérobies hyperthermophiles appartenant à l’ordre des Thermococcales et ont été décrits au laboratoire.Afin d’étendre nos connaissances sur la diversité virale associée aux micro-organismes colonisant ces environnements, il a été décidé d’élargir les recherches à l’ordre bactérien des Thermotogales. Cet ordre bactérien est composé de bactéries chimio-organotrophes anaérobies en majorité thermophiles ou hyperthermophiles. De nombreux transferts latéraux de gènes ont contribué à l’histoire évolutive des Thermotogales supposant une forte implication des virus dans celle-ci. Ces travaux de thèse ont permis la caractérisation fonctionnelle et génomique de deux nouveaux siphovirus, MCV1 et MCV2, infectant deux souches de Marinitoga camini. Ces souches ont été isolées de deux sites hydrothermaux profonds (Menez Gwen et Lucky Strike) au niveau de la dorsale médio-atlantique. Ces virus mettent en oeuvre un cycle lysogénique avec une production basale sans induction relativement haute (>107 virions/ml). Une comparaison de ces deux génomes viraux à celui de MPV1, virus précédemment isolé de Marinitoga piezophila, a été réalisée, révélant la présence de nombreuses similarités. Un core genome de 35 ORFs partagé par ces trois génomes a été identifié, incluant des protéines impliquées dans le métabolisme de l’ADN, l’assemblage des virions et le cycle lysogénique. Des protéines hypothétiques ont aussi été identifiées parmi ces gènes communs, elles portent donc probablement des fonctions importantes pour ces bactériovirus. Par ailleurs, 60% des gènes de ces virus ayant une correspondance dans les bases de données, après exclusion des Thermotogales, partagent des similarités avec lesFirmicutes et les bactériovirus qui leurs sont associés. Le génome d’une autre Thermotogales, Thermosipho sp. AT1244-VC14 a été étudié ainsi que son système CRISPR-cas. Ces résultats indiquent que cette souche, qui porte un système CRISPR-cas qui semble complet et fonctionnel, a probablement déjà été infectée par MCV1, MCV2 ou un virus similaire. Ces travaux permettent d’étendre nos connaissances sur les virus portés par les bactéries du phylum Thermotogae, encore peu décrits à ce jour. Les éléments génétiques mobiles associés à ce phylum sont particulièrement intéressants car ils ont probablement eu un impact important dans l’évolution de ces communautés microbiennes ainsi que dans leur adaptation aux conditions physico-chimiques extrêmes et fluctuantes présentes dans les écosystèmes qu’elles colonisent. / Our knowledge of the viral diversity associated to microorganisms inhabiting the deep-sea hydrothermal vents is still limited. Only a few studies have focused on viral abundance and impact on microbial mortality within these ecosystems. A limited number of viruses (6 bacterioviruses and 2 archaeoviruses) were isolated from these environments and characterized. Two viruses associated to hyperthermophilic anaerobic Archaea, from the Thermococcales order, have been described in our laboratory. In order to deepen our knowledge on the viral diversity of these extreme environments, we have extended our investigation to the bacterial order of Thermotogales. This order is composed of anaerobic chemoorganotrophic bacteria that are, for the most part, hyper/thermophilic. Numerous lateral gene transfers have contributed to the evolutionary history of the Thermotogales, implying the potential involvement of viruses. Here, we will report the characterization of two new siphoviruses MCV1 and MCV2 that infect two strains of Marinitoga camini. Those bacterial strains were isolated from two deep-sea hydrothermal vents sites (Menez Gwen and Lucky strike) in the Mid Atlantic Ridge. These viruses are temperate with a high basal production of virions (>107 virions/mL). Comparative genomics with MPV1, a virus isolated from M. piezophila, was performed and show that those bacterioviruses share numerous similarities. A set of “core genes” shared by all these three viruses was identified and includes proteins involved in DNA metabolism, head and tail assembly and lysogenic cycle. Shared hypothetical proteins were also identified, suggesting that these unknown proteins probably provide important functions for these viruses. Interestingly, for genes with blastp matches in Genbank, over 60% have their top matches, outside the Thermotoga, to genes from Firmicutes and bacterioviruses associated to Firmicutes. We also analyzed the genome of Thermosipho sp. 1244 and studied his CRISPR-cas system. Our results indicated that thisThermosipho strain, with a complete and functional CRISPR-cas system, had already been infected by MCV1, MCV2 or a similar virus. The analyses presented here extend our knowledges about these newly discovered viruses in the deeply branching bacterial phylum Thermotogae. This bacterial order and associated mobile genetic elements are significant for addressing long-term evolutionary adaptation to fluctuant and extreme physicochemical conditions.

Historically the nutrient rich Benguela ecosystem supported large stocks of commercially important fish which sustained the Namibian fishing sector. Recently, non-exploited species i.e. bearded goby (Sufflogobius bibarbatus) and jellyfish (Chrysaora fulgida and Aequorea forskalea) have become more apparent and are described as key-species in this ecosystem. Empirical evidence for understanding the stock abundance and dynamics of S. bibarbatus and jellyfish are still sparse, as research focus has been mainly on commercially important fish. The abundance of these non-exploited species in relation to the environment and commercial species are also not well understood. Lack of methods to effectively assess jellyfish and S. bibarbatus have furthermore limited our knowledge. Acoustics can cover large water volumes and observe many trophic groups and interactions simultaneously hence currently proposed as the most reliable observation tool available to remotely study multiple species that are overlapping and widely distributed in marine ecosystems. For acoustic assessments using echo sounders, the ability to detect, identify and distinguish targets from each other and the echo ability (target strength: TS) of individual targets is pivotal to convert acoustic data from a calibrated system into significant biological measures. The lack of effective acoustic identification (ID) techniques and knowledge about TS of species may limit the application of acoustics. The swimbladder generally contributes more than 90% to the backscattered energy from fish, which makes knowledge of the swimbladder vital for understanding the acoustic properties of a fish. Prior to this study, the presence or absence of a swimbladder within S. bibarbatus has been uncertain. This thesis is an exploratory study addressing 1) the acoustic identification challenge of species in aggregating in mixed assemblages and 2) the acoustic characteristics of the target species. The latter two are of essence to assess the biomass, distributions and ecological interactions of these non-exploited. The multiple frequency data (18, 38, 70, 120 and 200 kHz) and trawl data used in this study were collected on a survey conducted by the RV G.O.Sars during April 2008 in the northern Benguela. Fifteen validated assumed to be ‘single species' trawl and acoustic datasets were selected and used in the application and developing of ID techniques. Traditional acoustic identification techniques (Sᵥ-differencing and relative frequency response r(f)) were adopted and found ineffective as standalones to discriminate the species under study. The overlaps in the Sᵥ differences of the three species complicated separation. A multivariate statistical approach, Linear Discriminant Analysis (LDA) was applied to predict which of the variables s[subscript(A)], S[subscript(A)], Δs[subscript(A)] and r(f) discriminated the three species groups from each other with a higher accuracy. It was found that by combining backscattering strength S[subscript(A)] and r(f) a correct classification accuracy of up to 95% could be obtained. Limitation is that the LDA technique as any classification method is not applicable in “real time” during surveys. A new technique, here within referred to as the Separator Technique, which incorporates the standard techniques, LDA results, a novel r(f) similarity comparison technique and a threshold s[subscript(A)] response technique was established. The effectiveness of the Separator Technique is in the recognition of similarities and stability in frequency response by simple correlation of the observed frequency response at systematic Sᵥ-threshold levels. Accurate acoustic classification depends on good and valid training datasets and there has so far not been a simple way of acoustically detecting if the selected assumed “pure” datasets is contaminated or not. Only available reliable source are the trawl samples. The r(f) similarity comparison method showed that some of the assumed ‘single species' trawls were mixed and that presence of <1% of strong scatterers could mask a weaker scatterer. By evaluating the threshold s[subscript(A)] frequency response, the proportion of thresholded backscattering could be quantified. A frequency which is more appropriate for the acoustic assessment of the respective species in mixed aggregations could also be identified. Further improvements of the Separator Technique are required in terms of the precise Sᵥ-cut levels. The presence of S. bibarbatus' swimbladder was confirmed from two thawed specimens. From further investigations on 26 dissections of sampled S. bibarbatus, the swimbladder was identified as a physoclist (closed swimbladder) with an extensive gas gland, and its morphology was roughly described as prolate spheroid shaped and with about 5ᴼ negatively tilted compared fish vertebra. This means that the strongest echo from a goby will be found when the fish is at about 5ᴼ head down relative to the horizontal. The in situ TS of 8 cm sized S. bibarbatus and the two jellyfish species: C. fulgida [umbrella diameter: 21.7 cm] and A. forskalea [16 cm] at multiple frequencies (18, 38, 70, 120 and 200 kHz) was estimated. At 38 kHz, the TS was -53 dB for S. bibarbatus, -58 dB for A. forskalea and -66 dB for C. fulgida. The single echo detection (SED) approach which is assumed to be a more accurate method for estimating TS than the previously applied methods for jellyfish. The TS results for S. bibarbatus are of similar magnitude to other published TS values of C. fulgida. This suggests that estimates of jellyfish may be overestimated due to inaccuracies in target identification. This thesis established the acoustic characteristics of jellyfish and S. bibarbatus within the northern Benguela which makes it possible to acoustically assess and monitor jellyfish and/or fish. The identification technique though still in early phases of development, can be applied to enhance quality of training datasets (samples) used in classification. This piece of work can reduce variability in biomass estimates that arises from masking or misclassification of echoes.

Les crevettes Alvinocarididae sont emblématiques des sources hydrothermales de la Dorsale Médio-Atlantique, mais les mécanismes qui leur permettent de détecter leur habitat sont énigmatiques. Il est supposé que les signatures chimique et thermique du fluide hydrothermal leur servent de repères pour s’orienter. Les facultés chimio- et thermosensorielles de l’espèce hydrothermale Mirocaris fortunata et de l’espèce côtière Palaemon elegans ont été étudiées avec plusieurs approches. Des traits structuraux du système sensoriel périphérique et central ont été comparés pour inférer sur les facultés olfactives de chaque espèce. L’expression du récepteur ionotropique IR25a dans les organes chimiosensoriels a été mesurée. Une technique d’électroantennographie a été mise au point afin de tester la détection de composés chimiques de fluide hydrothermal par les crevettes. Plusieurs expériences à pression atmosphérique et in situ ont été réalisées afin d’étudier le comportement des espèces hydrothermale et côtière exposées à une odeur de nourriture, du sulfure ou des températures relativement chaudes. L’ensemble des résultats montre que M. fortunata présente un système chimio- et thermosensoriel fonctionnel et apporte des bases substantielles pour approfondir les connaissances sur les adaptations sensorielles en milieu hydrothermal profond. / Alvinocaridid shrimp are an emblematic taxon at hydrothermal vents on the Mid-Atlantic Ridge, but how they locate active vents and detect their habitat is still enigmatic. They might use the chemical and thermal signatures of the hydrothermal fluid as orientation cues. The chemo- and thermosensory abilities of the hydrothermal species Mirocaris fortunata and the coastal species Palaemon elegans were investigated using various approaches. Structural features of the peripheral and central nervous system were used as rough estimates of their olfactory abilities. The co-ionotropic receptor IR25a, involved in chemodetection, was identified and located in the antennal appendages. A new electroantennography method was developed to test the detection of hydrothermal fluid chemicals. Several attraction tests were conducted at atmospheric and in situ pressure to investigate the behavior of the vent and shallow-water species when exposed to a food odor, sulfide and warm temperatures. Altogether, these results provide advances in the knowledge of the chemosensory biology of vent shrimp, and a substantial background for future researches on sensory adaptations to the hydrothermal environment.

L’étude phytochimique des hépatiques de la Nouvelle-Calédonie a été réalisée sur 34 espèces d’hépatique (dont 14 endémiques) appartenant à six familles (Plagiochilaceae, Lophocoleaceae, Lepidoziaceae, Porellaceae, Lejeuneaceae et Frullaniaceae). La composition chimique, notamment en constituants volatils principalement sesquiterpéniques, de ces espèces a pu être établie pour la première fois pour la majorité des espèces étudiées, et il s’agit de la première étude phytochimique réalisée sur les genres Chiastocaulon et Acromastigum. Environ 260 constituants ont pu être déterminés pour ces espèces ci-étudiées, ils appartiennent en majorité à la famille des terpénoïdes, et à d’autres familles de métabolites secondaires d’intérêt tels que les composés aromatiques. Quatre nouveaux produits naturels ont pu être isolés et caractérisés.L’activité antibactérienne d’extraits d’espèces issues de trois familles (Plagiochilaceae, Lepidoziaceae, Lejeunaceae) a été montrée sur deux souches bactériennes (Staphylococcus aureus, Staphylococcus epidermidis). Les extraits à l’éther les plus actifs sont ceux de Bazzania parisii (actif sur S. epidermidis avec une CI50 de 19,3±0,8 μg/ml) et de Bazzania subintegra (actif sur S. aureus avec une CI50 de 16,3±1,1 μg/ml). Les extraits méthanoliques les plus actifs sont ceux : de Bazzania serrifolia (actif sur S. aureus avec une CI50 de 17,7±1,9 μg / ml), de Chiastocaulon caledonicum (actif sur S. aureus avec une CI50 de 6,7±1 μg/ml), de Bazzania sp. AD212 (actif sur S. epidermis avec une CI50 de 14,1±1 μg/ml) et de Bazzania francana (actif sur S. epidermis avec une CI50 de 17,0±1,6 μg/ml). / Phytochemical survey of 34 New-Caledonian liverwort species (including 14 endemic species) belonging to six families (Plagiochilaceae, Lophocoleaceae, Lepidoziaceae, Porellaceae, Lejeuneaceae, and Frullaniaceae) had been performed. Chemical composition of these species, mostly of volatile constituents, had been established for the first time for most of them and phytochemical study of species from Chiastocaulon of Acromastigum genus had been performed for the first time. Nearly 260 compounds were reported as identified constituents of these plants extracts, most of them being terpene. Four new natural products had been characterized.Antibacterial activity of liverworts extracts from three Hepaticeae families (Plagiochilaceae, Lepidoziaceae, and Lejeuneaceae) had been shown on two strains (Staphylococcus aureus, Staphylococcus epidermidis). The most active ether extracts were found to be those from Bazzania parisii (active on S. epidermidis having an IC50 of 19.3±0.8 μg/ml) and from Bazzania subintegra (active on S. aureus having an IC50 of 16.3±1.1 μg/ml). The most active methanolic extracts were found to be respectively from : Bazzania serrifolia (active on S. aureus having an IC50 of 17.7±1.9 μg / ml), Chiastocaulon caledonicum (active on S. aureus having an IC50 of 6,7±1 μg/ml), Bazzania sp. AD212 (active on S. epidermis having an IC50 of 14.1±1 μg/ml) and Bazzania francana (active on S. epidermis having an IC50 of 17.0±1.6 μg/ml).

Le long des côtes nord-ouest africaines, parmi les plus poissonneuses au monde, les ressources halieutiques sont importantes tant du point de vue socio-économique que culturel. Les petits poissons pélagiques sont suivis au niveau sous régional depuis plus de trois décennies en s’appuyant sur les méthodes hydroacoustiques d’évaluation de stocks. Ces campagnes ont ainsi permis de fournir aux gouvernants une base scientifique en matière de prise de décision à des fins d’aménagement des pêcheries pélagiques. Un défi spécifique est de connaitre leur représentativité par rapport aux stocks ciblés. Nous rassurons sur cette représentativité sur la couverture de Sardinella aurita par ces campagnes. Par contre, pour S. maderensis une partie du stock ne serait pas échantillonnée et la méthode n’est pas adaptée pour Illisha africana et Ethmalosa fimbriata. Nous reportons des déplacements vers le nord dans la répartition de S. aurita et d’autres espèces de pélagique, attribués à la redistribution de l'intensité et de la productivité des upwellings [découpé en 5 sous zones du sud Maroc au sud Sénégal], diminuant ainsi l’abondance de la sardinelle dans la région côtière intertropicale. Pour la première fois en utilisant des séries chronologiques d'observation indépendantes à la méso-échelle, nous montrons un changement vers le nord dans la distribution de S. aurita depuis 1995 et l'attribuons au fort réchauffement de l'océan dans la région. De plus les changements spatiaux observés dans la biomasse de S. aurita au cours des 20 dernières années sont du même ordre de grandeur que ceux enregistrés pour les isothermes de surface. De tels changements auront une incidence sur les considérations politiques dans la gestion de la sécurité alimentaire dans plusieurs pays d'Afrique de l'Ouest. / Along the coast of North-West Africa, among the richest waters over the word, fish supply is important at both socio-economic and cultural levels. In this region, the small pelagic fish are the most abundant marine resources and are monitored using hydroacoustic stock assessment methods since more than three decades. These surveys have allowed providing to local authorities a sound scientific basis for deciding about the management of pelagic fisheries. A specific challenge is to know the representativity of these surveys with respect to the stocks targeted. In this work, we confirm this representativity for Sardinella aurita stock while for S. maderensis, a part of the stock could have not been sampled and for pour Ilisha africana and Ethmalosa fimbriata these surveys are not the best tool. Furthermore, Northward shifts in the distribution of sardinella in the Canary Current Large Marine Ecosystem are recorded in this work and have been attributed to the redistribution of upwelling intensity and productivity, resulting in the abundance of sardinella decreasing in the inter-tropical coastal region. Here for the first time using independent observational time series, we report a robust northward shift in S. aurita since 1995 and attribute it to the strong ocean warming in the region. The observed spatial shifts in biomass in the last 20 years are of the same order of magnitude as those recorded for surface isotherms. Such changes will impact policy considerations in the management of food security in several West African countries and should be considered with respect to “Intended Nationally Determined Contributions”.

Les poissons herbivores jouent un rôle écologique majeur face au phénomène de « coral-algal phase-shift », qui sévit depuis le début des années 80 dans les récifs coralliens de la Caraïbe. Dans cette étude, les habitudes alimentaires des principales espèces de poissons herbivores ont été étudiées afin de comprendre comment ces espèces utilisent et se partagent les ressources trophiques en milieu récifal et dans les herbiers. Les niches trophiques de ces espèces ont été décrites par deux méthodes complémentaires: les analyses des contenus des tractus digestifs et les analyses des isotopes stables du carbone C3C/ 12C) et de l'azoteCSN/ '4N). La qualité nutritionnelle des sources alimentaires a été évaluée par leurs concentrations de macronutriments (protéines, lipides, glucides solubles et insolubles) afin d'expliquer en partie le choix des ressources par les herbivores. Parmi les 14 espèces de poissons étudiées, appartenant aux familles des Pomacentridae, des Acanthuridae et des Scaridae, huit types de niches trophiques ont été décrits, indiquant une diversité fonctionnelle de ces espèces. Les niches trophiques décrites sont occupées par une ou plusieurs espèces, indépendamment de leur morphologie et de leurs affinités taxinomiques. Les résultats de cette étude suggèrent une complémentarité entre ces espèces, en terme d'utilisation des ressources, et soulèvent la question de leur conservation afin de préserver leur rôle écologique dans les écosystèmes côtiers de la Caraïbe. / Herbivorous fishes play a major ecological role against the « coral-algal phase-shift » phenomenon in the coral reefs of the Caribbean. In this study, the feeding patterns of the most important species of herbivorous fishes have been studied to understand how these species use and share the trophic resources on reefs and seagrass beds . Trophic niches of these species have been described by two complementary methods: the analyses oftheir digestive contents and the analyses of stable isotopes of carbon C3C/ J2C) and nitrogen (lsN/14N). The nutritional quality of the sources has been evaluated by their concentrations of macronutrients (proteins, lipids, soluble and insoluble carbohydrates) to explain partially the choice of resources by herbivorous fishes . Among the 14 studied species of herbivorous fishes (Pomacentridae, Acanthuridae and Scaridae), eight types of trophic niches have been described, indicating a functional diversity of these species . The trophic niches are occupied by one or several species, independently oftheir morphology or their taxonomie affinities. The results of this study suggest a complementarity among these species and raise the question of their conservation to preserve their ecological role on marine ecosystems of the Caribbean.

Traditionally, differential-equation models for population dynamics have considered organisms as "fixed" entities in terms of their behaviour and characteristics. However, there have been many observations of adaptivity in organisms, both at the level of behaviour and as an evolutionary change of traits, in response to the environmental conditions. Taking such adaptiveness into account alters the qualitative dynamics of traditional models and is an important factor to be included, for example, when developing reliable model predictions under changing environmental conditions. In this thesis, we consider piecewise-smooth and smooth dynamical systems to represent adaptive change in a 1 predator-2 prey system. First, we derive a novel piecewise-smooth dynamical system for a predator switching between its preferred and alternative prey type in response to prey abundance. We consider a linear ecological trade-off and discover a novel bifurcation as we change the slope of the trade-off. Second, we reformulate the piecewise-smooth system as two novel 1 predator-2 prey smooth dynamical systems. As opposed to the piecewise-smooth system that includes a discontinuity in the vector fields and assumes that a predator switches its feeding strategy instantaneously, we relax this assumption in these systems and consider continuous change in a predator trait. We use plankton as our reference organism because they serve as an important model system. We compare the model simulations with data from Lake Constance on the German-Swiss-Austrian border and suggest possible mechanistic explanations for cycles in plankton concentrations in spring.

La compréhension des interactions liant la répartition des espèces, la biodiversité, les habitats marins et le changement climatique est nécessaire voire fondamentale pour la mise en oeuvre d’une gestion efficace de la conservation, par exemple la mise en place d’aires marines protégées. Dans cette étude, nous avons travaillé sur l’évolution de richesse de 89 espèces de poissons notées «rares» ou «exotiques» (observées en dehors de leur aire de répartition connue) lié au changement climatique. Nous avons modélisé et prédit leur distribution saisonnière par le modèle SIG en fonction de leurs niches écologiques (déterminée dans cette étude). En superposant tous les modèles en fonction du temps, cette approche permet d’identifier des zones d’occupation préférentielle de forte biodiversité (hotspots). La méthode offre une alternative pour mesurer la richesse d’espèces de façon saisonnière dans des zones peu connues, et de suivre leur mouvement au cours de temps, puis avoir information de base sur l’efficacité de positionnement des aires marines protégés liées à ces zones hotspots. La zone d’étude s’est située dans trois grands écosystèmes marins : le courant des Canaries, le plateau sud de l’Atlantique Européen et les mers celtiques. La région centrale est une zone de transition (entre les eaux tropicales et tempérés) connue pour sa sensibilité aux effets du changement climatique. De 1982 à 2012, la SST augmente constamment au fil du temps, avec des tendances et des magnitudes qui varient selon l’écosystème. Une augmentation du nombre d'espèces dans un écosystème dans une période a été généralement suivie par une tendance à la baisse ou à la hausse dans des écosystèmes adjacents. Les niches écologiques des espèces étudiées ont été estimées par l’extraction des valeurs environnementales à l’échelle mondiale au point d'occurrence au moment de l'observation. Les résultats de niches sont cohérents avec ceux obtenus à partir d’études observationnelles ou expérimentales. La flexibilité du modèle SIG nous a permis de suivre l'évolution saisonnière de distribution des espèces au fil du temps. En général, les espèces montrent une tendance à élargir leur distribution vers le nord, montrant l'effet du réchauffement de l'océan sur la distribution des poissons marins. L’approche de modèle peut être utilisée pour modéliser la distribution des espèces moins connues, ou dans des zones où les données d’occurrences sont peu nombreuses, ainsi que pour prédire le modèle de distribution future. L'analyse spatiale de la superficie des AMPs (Aires Marines Protégées) par pays appartenant à la zone d'étude, montre que le Royaume-Uni puis la France possèdent le plus grand nombre d'AMP ainsi que les superficies totales protégées les plus importantes. La fréquence à laquelle les AMPs (Aires Marines Protégées) sont touchées par les zones de hotspots est fortement influencée par les variations de l’environnement, les zones favorables évoluant alors au fil des saisons. Ainsi, il est important de prendre en compte les variations saisonnières pour la création des AMPs afin de préserver les capacités adaptative des espèces soumises au changement global. / Understanding connectivities among species distributions, biodiversity, marine habitats and climate change is necessary for the design of an effective conservation management, such as in the implementation of marine protected area (MPA). In this study, we observed the richness of 89 "rare" or "exotic" fish species (observed outside their known distribution range) related to climate change. We modeled and predicted their seasonal distributions according to the species ecological niches (determined in this study) using the GIS model. Superposing the models of all species using GIS, we determined the preferential zones or zones of high biodiversity (hotspots) over time. The GIS approach offers an alternative to measure seasonal species richness in poor-data areas. This approach allowed also species track movement over time. This information could be then used to measure the effectiveness of MPA positioning related to the hotspot areas. Our study area covers a wide latitudinal range of the Eastern Atlantic waters, from the warm tropical/subtropical waters to the temperate waters. This area is located in three large marine ecosystems: the Canary current, the South European Atlantic Shelf and the Celtic Seas. The transitional zone in the central region has well known for its sensitivity to the detection of climate change. From 1982 to 2012, the SST in all of studied ecosystems has increased consistently over time, with magnitude and trend varied among ecosystems. The change of number of species in each decadal period differed among ecosystems. Increasing number of species in an ecosystem was generally followed by decreasing trend in adjacent ecosystems. Species ecological niches were obtained by extracting the environmental values in the location of species occurrence at the time of observation. The environmental data and the occurrence records used were at global scale, and the methods yields coherent results with the results obtained from observational studies. The flexibility of GIS Model used in this study allowed us to follow the evolution of species seasonal distribution over time. Generally, most of the studied species showed a northbound trend in their distribution. These northbound tendencies were more evident in the middle region, confirming the effect of global warming in shifting marine species distribution. This approach provides an alternative of measuring seasonal richness of poor-known species and/or modeling in poor-data areas. The results present a complete picture of predictive number of species in an area over time. MPAs superficial analysis by country (countries lying in the study area) showed that UK has the highest number of MPA and the largest protected areas, following by France and Mauritania. Frequencies of the MPAs touched by the hotspot were strongly influenced by seasonal variations. Thus, considering seasonal variations in a conservation effort could preserve species adaptive variation under environmental changes. Overall, our works provide several alternative methods for species distribution studies and for studies poor-known species in data-poor area. The results provide evidences of ocean warming effect in shifting marine fish distribution.