Dans l'espace montagnard européen, l'activité pastorale diminue inexorablement. La succession post-culturale modifie la structure et le fonctionnement de la végétation, dérivant tant dans son contenu que dans son expression, d'une utilisation traditionnelle. L'aménagement de ces territoires en constante mutation doit éviter de remettre en cause leur persistance taxonomique et écologique. L'objectif de ce travail consiste à relever ce défi à l'échelle d'un écocomplexe. Le bassin versant du Petit Buëch (Hautes-Alpes, 57 km²) haut lieu de l'endémisme français inscrit dans un site Natura 2000 a servi de base à la calibration et à la validation des modèles proposés. L'utilisation conjointe de la statistique et de la géomatique a offert des outils performants pour échantillonner, analyser et modéliser spatialement les espèces et les habitats de ce secteur. L'ensemble de ces travaux a permis, outre les aspects méthodologiques novateurs, de fournir des modèles prédictifs spatialisés d'espèce protégée, d'habitats naturels et de leurs richesses floristiques, validés pour la partie sud du massif du Dévoluy (Hautes-Alpes). Véritables outils d'aide à la décision, ces modèles permettent de gérer ces espaces naturels sensibles (17% de la flore française) dans un contexte de déprise pastorale constante.

Les hauts de falaises littorales atlantiques présentent des végétations originales de pelouses aérohalines et de landes littorales adaptées aux fortes contraintes écologiques. Depuis la fin de la seconde guerre mondiale, le développement de nouvelles activités anthropiques, dont le tourisme, a provoqué la dégradation de ces habitats à forte valeur patrimoniale. De nombreux projets de restauration ont été lancés depuis les années 1990, fondés majoritairement sur la recolonisation spontanée de la végétation par mise en défens des zones dégradées, et complétés ponctuellement par des méthodes plus actives de génie écologique. Ce travail apporte des connaissances scientifiques pour évaluer et améliorer ces opérations de restauration et constitue une contribution à la discipline de l'écologie de la restauration. L'analyse de données diachroniques de points-contacts disponibles à long terme sur plusieurs sites en cours de recolonisation démontre que la restauration fondée sur la succession de la végétation est une méthode efficace à court ou à moyen terme. Plusieurs trajectoires de restauration sont mises en évidence selon le niveau d'exposition ou de dégradation initiale. L'utilisation du modèle des matrices des transitions permet de décrire la succession de manière probabiliste et de mettre en évidence les potentialités de prédiction de la dynamique végétale, montrant la difficulté de réaliser des prévisions à partir des premières années de succession. Plusieurs facteurs abiotiques et biotiques sont étudiés afin de déterminer leur implication sur le fonctionnement des végétations et sur leur capacité de résilience. La complexité de la topographie, combinée à la fluctuation des directions du vent, apparaissent responsables de fortes variations locales des gradients de contraintes qui doivent être prises en compte lors des projets de restauration, avec un rôle prédominant du dépôt de sel sur la nature de la végétation potentielle. L'étude de l'évolution de la végétation, de la banque de graines et du sol, en fonction du niveau de dégradation, met en évidence des seuils de dégradation biotique et abiotique. Les dégradations importantes provoquent la disparition des espèces cibles de la banque de graines, remplacées par des espèces pionnières tolérantes aux perturbations qui colonisent rapidement le sol nu dès l'arrêt de la perturbation. Les caractéristiques intrinsèques des sols de pelouse aérohaline et de lande induisent différentes réponses des paramètres édaphiques à la dégradation, le taux de carbone organique et le taux d'humidité sont des indicateurs pertinents pour évaluer le niveau de dégradation des sols. Les méthodes de restauration active les plus efficaces agissent sur les filtres biotique et abiotique environnementaux modifiés par la perturbation anthropique. Les expériences réalisées sur les modalités les plus communément utilisées pour la restauration de ces végétations montrent que l'apport de litière est la méthode la plus performante, avec le géotextile et l'apport de produit de fauche. Ces méthodes montrent une efficacité moindre en situation exposée, confirmant l'effet limitant des contraintes sur la restauration de la végétation. Les résultats de ce travail apportent de nombreux éléments permettant de mieux cerner la structure et le fonctionnement de ces écosystèmes et fournissent un cadre scientifique pour l'amélioration des opérations de restauration écologique.

Le « topsoil » comme outil de restauration écologique des terrains miniers dégradés, consiste à récupérer la couche de sol naturellement riche en matières organiques, semences et micro-organismes (qui définissent le potentiel biologique de restauration), lors d'une opération qui précède l'exploitation minière, puis à l'épandre sur les sites à restaurer. Au coeur desproblématiques de restauration écologique, les topsoils apparaissent à travers la littérature comme une technique efficiente et leur utilisation est abondamment préconisée. Toutefois celle-ci ne date, en Nouvelle-Calédonie, que des années 2000. Les connaissances actuelles locales liées à cet outil sont encore fragmentaires, et les caractéristiques des topsoils, tout comme les résultats obtenus sont hétérogènes. Ce travail de recherche a permis d'améliorer notre compréhension des interactions entre les composantes biologiques des topsoils et les phénomènes intervenant dansleur évolution (banque de graines, micro-organismes, et caractéristiques physico-chimiques). Les résultats obtenus ont montré que l'utilisation des topsoils en restauration écologique peut favoriser la restauration des écosystèmes ultramafiques néo-calédoniens, et pourraient trouver une application dans la conception de nouvelles stratégies de restauration écologiques des terrains miniers dégradés du territoire. Néanmoins, il est également apparu que les topsoils ne peuvent à eux seuls restaurer la totalité de la diversité végétale qui caractérise les substrats ultramafiques du territoire, et doivent donc être associés à d'autres techniques de restauration. / "Topsoil", as an ecological tool of restoration of the mines made in terraces, consist of getting back the layers full of organic matter, seeds and micro-organisms (which define the biological potential of restoration), during a procedure made following the exploitation of the mines, then could be extend to the sites which require some restoration.While the problem of ecological restoration is at the center of the debate, topsoil appears, according to the literature, as an efficient technique and their uses are well recommended. However, they only have been used in New Caledonia since the beginning of the XXI century. The actual knowledge of this specific tool is still incomplete, and the characteristics of topsoil, same as the results, remain inconsistent. The research made around this topic gave us a better understanding of the interaction between the biological components of topsoil and their way of evolving (seeds’ bank, micro-organisms and the physic and chemical characteristics). The results obtained demonstrate that the use of topsoil as an ecological restoration could be beneficial for the restoration of the ultramafic ecosystem of New Caledonia. It could, as well, find a place in the development of new strategies of ecological restoration of mines in terrace of the country. However, it has been shown in another hand that topsoil would not be sufficient to restore the entire vegetal diversity of the ultramafic bedrock of the country. For this reason, it has to be associated with different techniques of restoration.

L'urbanisation croissante de ces dernières décennies amène aujourd'hui à considérer la place de la biodiversité dans les territoires urbains. Ce travail est centré sur l'étude des modifications de communautés végétales de petits espaces boisés (1,5 ha en moyenne) le long d'un gradient d'urbanisation dans trois agglomérations du Massif armoricain : Angers, Nantes et Rennes. Les communautés végétales sont fortement modifiées par l'urbanisation. Les bois urbains sont plus riches en espèces exotiques mais restent dominés par des espèces indigènes et forestières. Cependant, la distribution des espèces indigènes est modifiée le long du gradient d'urbanisation et certains traits biologiques semblent associés à cette distribution. L'environnement local et en particulier le pH et la fertilité des sols semblent être les facteurs les plus importants en lien avec les modifications des communautés végétales. L'âge des espaces boisés semble avoir une importance moindre. De plus, les caractéristiques de dispersion des espèces ne semblent pas être impliquées dans la distribution des espèces le long du gradient d'urbanisation. Au niveau de l'espace boisé, l'effet lisière est un déterminant important de la richesse spécifique, les lisières étant les plus riches en espèces aussi bien dans les bois urbains que ruraux. La banque de graines de la litière est affectée par la distance à la lisière mais elle est peu différente entre les bois urbains et ruraux. La composition de la banque de graines de la litière diffère largement de la composition de la végétation du bois. Les caractéristiques du milieu forestier empêchent probablement la germination d'un grand nombre d'espèces non forestières venant des habitats adjacents aux espaces boisés et sont donc importantes pour le maintien d'une végétation dominée par des espèces forestières. Ce travail permet d'ouvrir des perspectives pour une meilleure compréhension des mécanismes écologiques impliqués dans la réponse des espèces à l'urbanisation et pourrait contribuer à une meilleure intégration de ces espaces boisés dans l'aménagement des villes.

L'urbanisation croissante de ces dernières décennies amène aujourd'hui à considérer la place de la biodiversité dans les territoires urbains. Ce travail est centré sur l'étude des modifications de communautés végétales de petits espaces boisés (1.5 ha en moyenne) le long d'un gradient d'urbanisation dans trois agglomérations du Massif armoricain : Angers, Nantes et Rennes. Les communautés végétales sont fortement modifiées par l'urbanisation. Les bois urbains sont plus riches en espèces exotiques mais restent dominés par des espèces indigènes et forestières. Cependant, la distribution des espèces indigènes est modifiée le long du gradient d'urbanisation et certains traits biologiques semblent associés à cette distribution. L'environnement local et en particulier le pH et la fertilité des sols semblent être les facteurs les plus importants en lien avec les modifications des communautés végétales. L'histoire des espaces boisés semble avoir une importance moindre. De plus, les caractéristiques de dispersion des espèces ne semblent pas être impliquées dans la distribution des espèces le long du gradient d'urbanisation. Au niveau de l'espace boisé, l'effet lisière est un déterminant important de la richesse spécifique, les lisières étant les plus riches en espèces aussi bien dans les bois urbains que ruraux. La banque de graines de la litière est affectée par la distance à la lisière mais elle est peu différente entre les bois urbains et ruraux. La composition de la banque de graines de la litière diffère largement de la composition de la végétation du bois. Les caractéristiques du milieu forestier empêchent probablement la germination d'un grand nombre d'espèces non forestières venant des habitats adjacents aux espaces boisés et sont donc importantes pour le maintien d'une végétation dominée par des espèces forestières. Ce travail permet d'ouvrir des perspectives pour une meilleure compréhension des mécanismes écologiques impliqués dans la réponse des espèces à l'urbanisation et pourrait contribuer à une meilleure intégration de ces espaces boisés dans l'aménagement des villes.

Les changements globaux, notamment les changements d'usage des terres, modifient profondément le fonctionnement des écosystèmes et la biodiversité et, ont déjà impacté de nombreux services écosystémiques. La disparition de ces écosystèmes souligne la nécessité de préserver les zones intactes, et la restauration des zones détruites ou perturbées peut permettre de venir en appui aux efforts de conservation et minimiser les dommages. Ce travail a pour objet d’étude les campos rupestres, des pelouses néotropicales d’altitude, faisant partie du Cerrado (savane brésilienne), qui recèlent une importante biodiversité et qui, comme bien d'autres écosystèmes de montagne, fournissent de précieux services écosystémiques tels que la filtration de l’eau. Ils ont été, et sont encore, grandement affectés par les activités humaines (les travaux de génie civil, les carrières ou les mines). Le premier objectif de cette thèse était de décrire l'écosystème de référence, afin de définir clairement un objectif de restauration et mesurer les progrès et le succès de la restauration. Nous avons montré que les campos rupestres sont composés d'au moins deux communautés végétales distinctes (une avec un substrat caillouteux et l’autre avec un substrat sableux), chacune ayant une composition en espèces et une structure particulières ainsi qu’une grande biodiversité. La phénologie reproductive varie au sein des communautés herbacées: la majorité des espèces fleurissent et fructifient pendant la saison des pluies, d'autres se reproduisent en revanche durant la saison sèche. Tout au long de nos 2 années de suivis phénologiques, certaines espèces dominantes, notamment des Poaceae, n'ont pas été observées en fleur impliquant une dispersion limitée de ces espèces vers les zones dégradées. Les communautés végétales de campos rupestres ne sont pas résilientes aux fortes perturbations: plusieurs années après, presque aucune des espèces cibles n’ont été trouvées en zones dégradées, les sols ont complètement été modifiés et les banques de graines ne se sont recomposées qu’avec des espèces rudérales non désirées. Selon le modèle des filtres, une communauté résulte d’un pool régional d’espèce sélectionné par un ensemble de filtres : de dispersion, abiotique et biotique. Les interventions de restauration mises en place avaient pour but d’agir sur ces différents filtres afin de diriger la dynamique des communautés végétales. Nous avons mis en place trois protocoles de restauration in-situ (le transfert de foin, la translocation d’espèce et la translocation de plaque de végétation) pour restaurer les deux types de communautés de campos rupestres identifiées. Le transfert de foin n’a pas permis la restauration des communautés végétales de campos rupestres en raison de l’importante altération des sols et, surtout, à cause de la mauvaise qualité des graines. En effet, nos études de germination ont montré que, alors que certaines espèces de Xyridaceae et Velloziaceae germent très bien, certaines espèces dominantes de Poaceae, de Cyperaceae ou d’Asteraceae ont des graines soit vides, soit non viables, soit dormantes ; le semis se révèle alors peu efficace. Nous n’avons pas mis en évidence d’effet positif du feu sur la germination des espèces de campos rupestres. La translocation d'espèces s’avère un succès pour une seule espèce, Paspalum erianthum. Pour les autres, les dommages causés au niveau des racines lors de la translocation limitent probablement leur survie. Enfin la translocation de plaques de végétation s’avère être la méthode la plus efficace permettant à de nombreuses espèces d’être réintroduites en zones dégradées. En raison de la faible résilience des campos rupestres dans lesquels les plaques de végétation ont été prélevées, cette méthode ne peut être envisagée que pour sauver des habitats dans le cas extrême où leur destruction est inévitable. Face à la difficulté de restaurer les campos rupestres, leur protection et leur conservation doit être une priorité / Global environmental changes, especially land-use changes, have profound effects on both ecosystem functioning and biodiversity, having already altered many ecosystem services. These losses emphasize the need to preserve what remains; however when conservation programs are not sufficient, restoring areas that have been destroyed or disturbed can improve conservation efforts and mitigate damages. This work focuses on campos rupestres, Neotropical grasslands found at altitudes, which are part of the Cerrado (Brazilian savannas). They host a great biodiversity with a high level of endemism and, like other mountain ecosystems, provide valuable ecosystem services, such as water purification and recreational services. They have been and still are being impacted by human activities, such as civil engineering construction, quarrying or mining. The first objective of this thesis was to describe the reference ecosystem in order to aim for a clear restoration target and to monitor progress and success. We show that campos rupestres are composed of at least two distinct plant communities (i.e. sandy and stony grasslands), each having a specific composition and structure, hosting a great biodiversity. Several phenological patterns occur among the herbaceous communities: the majority of species flowers and fruits appear during the rainy season but other patterns can be observed. During our 2-year survey, some dominant species belonging to Poaceae, among others, were not observed reproducing, which implies limited chances to disperse on degraded areas. Campo rupestre vegetation is not resilient following a strong disturbance: several years after the disturbance, almost no native species are encountered on the degraded areas, soils are completely altered and seed bank recomposes only with non-target ruderal species. According to the filter model, a local community is a subset of the regional species pool determined by a set of dispersal, abiotic and biotic filters. Acting on the different filters to influence the plant community was the core of our restoration interventions. We then applied three in-situ restoration protocols (hay transfer, species translocation and turf translocation) to restore both kinds of grassland. Hay transfer does not allow the restoration of campo rupestre vegetation because of soil alteration and mainly because of poor seed quality. Indeed, germination studies show that, while some Xyridaceae and Velloziaceae have a high germinability, some dominant Poaceae, Cyperaceae or Asteraceae species have embryoless, unviable or dormant seeds, which makes seeding less efficient. There is no evidence that fire-related cues enhance germination in campos rupestres. Species translocation is successful for only one species, Paspalum erianthum; for the others, root damages probably impede survival. Finally, turf translocation is the most successful method, since numerous species are re-introduced on degraded areas. However due to the low resilience of pristine campos rupestres where turfs are taken from, turf translocation can only be considered in the case of habitat rescue, in circumstances when complete habitat destruction is otherwise unavoidable. Face to the difficulty to restore these peculiar grasslands, the protection and the conservation of campos rupestres must be made a high priority

The Japanese knotweeds are invasive alien clonal species originating in Asia (Japan, Korea, Taiwan and Nord of China). They were introduced in Europe at the beginning of the 19th century. They are now some of the most troublesome invasive alien species in Europe and in the United States. In Belgium, a complex of four taxa and a hybrid represents them. All these taxa take part in the pattern of invasion and represent an excellent opportunity for studies of population biology in Western continental Europe. The presence from at least three taxa and a hybrid is confirmed by cytological, genetic and morphological studies. Vegetative reproduction is recognized as the main mode of reproduction and expansion of these taxa in the introduce range. However, interspecific hybridization events are observed confirming the restoration of the sexual reproduction by hybridization within this complex species in Belgium. Hybrid F. x bohemica with various ploidy levels from tetraploid to octoploid is observed. An increase in genotypic and morphological diversity is shown at the hybrid F. x bohemica which missed with the parental species. This could increase the potential of Japanese knotweeds to adapt to the new environment and contribute to the invasive success of these taxa in Belgium. Assignment test indicates a genetic pool differentiated at the hybrid F. x bohemica and not a mixture of the genetic pool of the parental species as expected for hybrid taxa. Hybrid F. x bohemica has always been considered as rare in Belgium and of horticultural origin. An analysis of the spatial distribution shows that hybrid F. x bohemica is widespread in Belgium and that its abundance depends on the areas. An analysis of extent of differentiation between groups of hybrid geographically distant could not provide proof of an independent evolution of hybrid populations under limited gene flow. An analysis of the sexual reproduction capacity and dispersal of seeds shows important production of viable seeds and consequent seed rain. Hybrid seeds may be dispersed beyond 16m, leading the possibility of founding new individuals and to contribute to the invasive success of these taxa. However, a trend towards decreasing germination rate is shown after a cold period. An analysis of the distribution at the landscape scale shows that the dynamics of colonization of habitats patches by Japanese knotweeds rising mainly from clonal propagation in spite of important pressure of propagule. The knotweeds prefer human disturbed habitats with a clear prevalence of communication routes. This leads the possibility of dispersing towards the adjacent habitats patches. A high dynamics of establishment of propagule was not observed at the hybrid plants compared with the parents plants in spite of the increase in genotypic diversity and the consequent pressure of propagule. Lastly, proposals for the integrated management of these taxa are proposed in the Belgium context. Their management will have first to identify hybrids and taxa involved. Emasculation and management of the existing clones represent solutions to prevent flowering and expansion of these taxa. An active management of disturbed habitats may represent alternative to prevent the invasion by Japanese knotweeds / Les renouées du Japon sont des espèces clonales non-indigènes originaires dAsie (Japon, Corée, Taiwan et Nord de la Chine). Elles ont été introduites en Europe au début du 19è siècle. Elles font désormais partie des espèces non-indigènes les plus invasives en Europe et aux Etats Unis. En Belgique, elles sont représentées par un complexe de quatre taxons et un hybride. Tous ces taxons participent à la dynamique dinvasion et représentent un modèle dintérêt pour les études de biologie des populations en Europe continentale occidentale. La présence dau moins trois taxons et un hybride est confirmée par des études cytologiques, génétiques et morphologiques. La reproduction végétative est reconnue comme le principal mode de reproduction et dexpansion de ces taxons dans la zone dintroduction. Toutefois, des phénomènes dhybridation interspécifique sont observés confirmant la restauration de la reproduction sexuée par hybridation au sein de ce complexe despèces en Belgique. Lhybride F. x bohemica avec différents niveaux de ploïdie, du tétraploïde à loctoploïde, est observé. Un accroissement de la diversité génotypique et morphologique qui manquait aux espèces parents est démontré chez lhybride F. x bohemica. Ceci pourrait augmenter le potentiel des renouées du Japon à sadapter au nouvel environnement et contribuer au succès invasif de ces taxons en Belgique. Un test dassignation indique un pool génétique différencié chez lhybride F. x bohemica et non un mélange du pool génétique des espèces parentales comme attendu dans le cadre de taxons hybrides. Lhybride F. x bohemica a toujours été considéré comme rare en Belgique et dorigine horticole. Une analyse de la répartition spatiale montre que lhybride F. x bohemica est très répandu en Belgique et que son abondance dépend des régions. Une analyse de létendue de la différenciation entre groupes dindividus hybrides géographiquement distants na pas pu fournir de preuve dune évolution indépendante des populations hybrides sous un flux de gènes limité. Une analyse de la capacité de reproduction sexuée et de dispersion des graines démontre une production importante de graines viables et une pluie de graines conséquente. Les graines hybrides sont capables de se disperser à plus de 16m, laissant la possibilité de fonder de nouveaux individus et de contribuer au succès invasif de ces taxons. Cependant, une tendance à la diminution du potentiel de germination est observée après une période de froid chez ces taxons. Une analyse de la distribution à léchelle du paysage a permis dinterpréter la dynamique de colonisation des taches dhabitats par les renouées du Japon comme relevant principalement de la propagation clonale malgré une pression de propagule importante. Les renouées du Japon préfèrent les habitats perturbés par lhomme avec une nette prédominance des réseaux linéaires de communications. Ceci laisse ensuite la possibilité de se disperser vers les taches dhabitats adjacents. Une dynamique détablissement de propagules plus importante na pas été observée chez les plants hybrides comparées aux plants parents malgré laccroissement de diversité génotypique et la pression de propagules considérable. Enfin, des pistes pour la gestion intégrée des renouées du Japon en Belgique sont proposées. Cette gestion devra en priorité identifier les hybrides et les taxons en présence. Des mesures démasculation et de gestion des clones existants pourraient constituer une solution pour empêcher la floraison et lexpansion de ces taxons. Une gestion active des habitats perturbés pourrait représenter une alternative pour prévenir linvasion par les renouées du Japon