Les travaux récents sur la relation entre la biodiversité et le fonctionnement des écosystèmes ont souligné certains des aspects les plus dynamiques du fonctionnement des écosystèmes, tout en reconnaissant que la diversité répond à la fois aux variations le long de gradients environnementaux et à la dispersion des espèces entre les communautés locales. Les définitions de la diversité ont été de plus en plus caractérisés en intégrant la notion de traits fonctionnels et ont reconnu la nature flexible de la distribution des traits dans une communauté. Les chapitres de cette thèse se concentrent sur des questions liées à la façon dont la distribution des traits de la communauté est définis, comment ils peuvent informer les écologistes sur les processus associés à l'assemblage de la communauté, comment la composition des communautés pourrait changer sous différentes ampleurs de dispersion, et comment la fonctionnalité pourrait interagir avec la disponibilité des éléments nutritifs pour influencer le fonctionnement global de la communauté. Chaque chapitre va présenter l'un de ces thèmes dans les communautés zoo-et phytoplanctonique, qui emploient des analyses des données déjà recueillies, études de terrain et des expériences contrôlées en mésocosme. Les objectifs de cette thèse spécifiques sont: (1) de comparer les différentes mesures de la diversité (taxonomique et fonctionnelle) dans leur capacité de rendre compte de la biomasse dans les communautés de diatomées benthiques et planctoniques, (2) d'identifier un seuil de dispersion, au-delà duquel différentes communautés de zooplancton pourrait commencer à homogénéiser la composition, (3) de mieux comprendre les communautés de zooplancton naturelles en focusant sur les modèles de distribution dans les traits fonctionnels pour examiner les signes de filtrage ou de de compétition dans l'habitat en tant que facteurs influençant la structure de la communauté, et (4) de vérifier si la diversité fonctionnelle et la disponibilité des nutriments interagissent dans la production phytoplanctonique. En général, les mesures fonctionnelles de la diversité n'ont pas été surutilisées pour les mesures taxonomiques afin de modéliser le fonctionnement des écosystèmes, ils ont souvent permis de mieux comprendre les mécanismes qui sous-tendent les relations de l'importance. En outre, les processus de dispersion et les interactions locales ont tous deux été jugés influents dans la structure des communautés de zooplancton. La dispersion expérimentale de plus de 1% a été jugée suffisante pour ouvrir une homogénéisation de la composition, et, sur le terrain, les filtres reliés à l'habitat ont été jugés plus influents que la compétition dans la définition de la diversité fonctionnelle du zooplancton. Finalement, aucune preuve n'implique la diversité fonctionnelle alguale comme étant un moteur important de la production primaire, ce qui suggère une redondance fonctionnelle qui pourrait définir les communautés phytoplanctoniques à des niveaux modestes de la richesse des espèces. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Diversité fonctionnelle, Fonctionnement des écosystèmes, Zooplancton, Phytoplancton, Dispersion.

La biodiversité est la variété de la vie et elle peut être étudiée à différents niveaux (génétique, espèces, écosystèmes) et à différents échelles (spatiale et temporelle). Les dernières décennies ont montré que la biodiversité marine avait été gravement sous-estimée. Afin d'étudier les caractéristiques de la grande diversité des espèces marines et les processus sous-jacents de l'évolution de ces dernières, il est évident et nécessaire de connaître les espèces. Nous sommes aujourd'hui confrontés aux taux les plus élevés d'extinction depuis la constitution de la société humaine (« crise de la biodiversité ») et seule une fraction d'espèces a été officiellement décrite (1,9 millions sur 11 millions), en raison, entre autres, d'une pénurie de taxonomistes formés et disponibles pour cet immense travail. Tous ces facteurs ont conduit à la proposition d'outils moléculaires pour permettre et faciliter l'identification des espèces et notamment le barcode moléculaire (le code-barres d'ADN). Il s'agit de séquencer un fragment d'ADN du gène mitochondrial cytochrome c oxydase 1 (COI) qui constitue alors un outil rapide, précis et rentable pour identifier les espèces. Ainsi, chaque espèce peut être définie par une étiquette d'identification unique et permanente qui ne sera pas changée par une éventuelle modification taxonomique. Outre l'attribution d'échantillons inconnus à des espèces identifiées a priori, les données fournies par le code-barres d'ADN seront très utiles pour des études phylogéographiques comparatives entre taxons multiples, pour clarifier les relations phylogénétiques à différents niveaux taxonomiques et pour élaborer des patrons évolutifs et de spéciation entre les groupes d'organismes. Le Chapitre 1 présente une mise en contexte du code-barres d'ADN par une revue des études qui ont été publiées sur le sujet, notamment en ce qui concerne l'identification des espèces marines. Le Chapitre 2 élabore une bibliothèque pour les crustacés marins de l'estuaire et du golfe du St. Laurent. Toutes les données (taxonomie, informations sur l'échantillonnage, images, séquences d'ADN et chromatogrammes), sont stockées en ligne dans le Barcode of Life Data Systems (BOLD) et sont disponibles pour un usage général. Les spécimens utilisés sont conservés comme 'vouchers' dans des institutions publiques pour des vérifications futures. Les résultats ont montré la présence d'un amphipode invasif dans l'estuaire (mentionné précédemment dans les Grands Lacs et à Montréal, avec des effets sur la faune indigène d'amphipodes), et l'existence d'espèces cryptiques potentielles chez les amphipodes, mysidacés et décapodes. Le Chapitre 3 est axé sur l'utilisation des séquences COI fournies par le code-barres d'ADN comme un outil complémentaire pour la taxonomie et la phylogénie des amphipodes de la famille Talitridae dans l'Atlantique du Nord. En effet, la distribution et la diversité actuelle des espèces est le résultat de processus d'évolution et d'interaction avec l'environnement à l'échelle d'une région géographique. Les études phylogénétiques permettent d'appréhender cette problématique en élaborant des scenarios évolutifs des relations entre taxons. Les résultats montrent l'existence d'espèces cryptiques chez trois espèces morphologiques. En outre, les genres anciens ne semblent pas être monophylétiques, suggérant la nécessité d'une révision taxonomique chez cette famille. Le Chapitre 4 aborde le thème de la diversité génétique qui permet la persistance des populations et des espèces dans le temps en permettant une adaptation continue aux changements environnementaux. À de grandes échelles spatiales, la diversité intraspécifique peut être structurée en généalogies en fonction de la géographie, définissant alors des patrons phylogéographiques, qui peuvent coïncider ou pas avec les divisions biogéographiques. Les séquences COI générées par le code-barres d'ADN ont été utilisées pour déduire des patrons phylogéographiques chez une espèce d'amphipode avec une distribution amphi-Atlantique, Gammarus oceanicus. Cette espèce est très abondante et représente une partie importante des communautés intertidales et des réseaux trophiques côtiers. Les résultats ont montré une division profonde au sein de cette espèce avec deux groupes ayant une séparation latitudinale (la région tempérée du Canada Atlantique versus la région subarctique du Baie d'Hudson et l'Europe), indiquant la présence des deux espèces cryptiques potentielles. L'ensemble de ces travaux de recherche a montré que la biodiversité marine, notamment chez les crustacés marins de l'Atlantique du Nord, était sous-estimée. Des espèces cryptiques potentielles ont été trouvées chez huit espèces morphologiques, sachant que seulement les espèces les plus communes ont été échantillonnées pour cette étude. Le taux de diversité augmentera certainement avec l'ajout d'échantillonnes de différents taxons, de divers types d'habitat et de régions marines distinctes. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : biodiversité marine, code-barres d'ADN, identification des espèces, Crustacea, diversité cryptique, Atlantique du Nord

La région méditerranéenne est caractérisée par une biodiversité très élevée. Sur une surface équivalent à moins de 2% de la surface terrestre émergée, elle contient plus de 30 000 espèces de plantes vasculaires, dont 290 arbres, parmi lesquels 70% sont des endémiques strictes ou préférentielles. La biodiversité observée au niveau intraspécifique, est, elle aussi, considérable. Malgré un impact humain pluri-millénaire, les conifères méditerranéens ont une biodiversité génétique intra-population 20% plus élevée et une structuration génétique spatiale 45% plus forte que celle des conifères du reste du monde. Les causes de cette originalité génétique sont à rechercher dans les alternances climatiques Quaternaires, relativement « clémentes » en Méditerranée orientale, et qui ont favorisé l'apparition de nombreux micro-refuges. Des facteurs liés aux contraintes écologiques du climat méditerranéen (sélection), aux barrières géographiques (flux de gènes) et à l'impact humain ont pu modifier, au cours de l'holocène, les structures génétiques issues des refuges glaciaires. Localement, le rôle du système de reproduction reste à analyser. Les conifères méditerranéens sont les espèces « clef de voûte » de nombreux écosystèmes forestiers à tous les étages bioclimatiques. Garantir l'adaptation à long terme de ces écosystèmes, riches mais fragiles, est un enjeu considérable pour la gestion forestière.

Cette thèse traite de la conception semi-automatique d'entrepôts de données et des cubes OLAP associés pour l'analyse de données écologiques.Les sciences biologiques, notamment l'écologie et l'agronomie, génèrent des données qui nécessitent un effort de collecte important : plusieurs années sont souvent nécessaires pour obtenir un jeu de données complets. De plus, les objets et les phénomènes étudiés par ces sciences sont complexes et nécessite l'enregistrement de nombreux paramètres pour être appréhendés. Enfin, le recueil de données complexes sur un temps long a pour conséquence un risque accru d’inconsistance au sein de ces données. Ainsi, ces sciences génèrent des données nombreuses, hétérogènes, voir inconsistantes.Il est donc intéressant de proposer aux scientifiques travaillant dans les sciences du vivant des systèmes d'information capable de stocker et de restituer leurs données, en particulier quand celles ci présentent un volume important. Parmi les outils existants, les outils de l'informatique décisionnelle, notamment les systèmes d'analyse en ligne (On-Line Analytical processing : OLAP), ont particulièrement retenu notre attention, car il s'agit de processus d'analyse de données sur de larges collections de données historiques (c'est-à-dire un entrepôt de données) afin d'offrir un support à la prise de décision. L'informatique décisionnelle propose des outils qui permettent à leurs utilisateurs d'explorer de larges volumes de données, dans le but de découvrir des modèles et des connaissances au sein de ces données, et ainsi d'éventuellement confirmer leurs hypothèses.Cependant, les systèmes OLAP sont des systèmes d'information complexes dont la mise en place nécessite des compétences avancées en informatique décisionnelle. Ainsi, bien qu'ils aient des caractéristiques intéressantes pour gérer et analyser des données multidimensionnelles, leur complexité les rend difficilement accessibles pour des utilisateurs potentiels, qui ne seraient pas des informaticiens professionnels.Dans la littérature, plusieurs travaux se sont penchés sur la conception automatique de schéma multidimensionnel, mais les exemples proposés par ces travaux concernaient des données classiques. Par ailleurs, d'autres articles traitent de la modélisation multidimensionnelle adaptée à des données complexes (inconsistance, données hétérogènes, intégration d'objets spatiaux, de textes, d'images au sein d'un entrepôt …) mais les méthodes proposées par ces travaux sont rarement automatique.C'est pourquoi l'objectif de ce travail de thèse est de proposer une méthode de conception d'entrepôt de données et des cubes OLAP associés la plus automatique possible. Cette méthode doit être capable de prendre en compte la complexité des données inhérente aux sciences biologiques.Pour tester les différents prototypes que nous avons proposé durant ce travail de thèse, nous avons disposé d'un jeu de données concernant l'abondance des oiseaux le long de la Loire. Ce jeu de données est structuré de la façon suivante : (1) nous disposons du recensement de 213 espèces d'oiseaux (décrites par un ensemble de facteurs qualitatifs, comme par exemple le régime alimentaire) en 198 points le long du fleuve pour 4 campagnes de recensement ; (2) chacun des 198 points est décrits par un ensemble de variables environnementales issues de différentes sources (relevés de terrain, images satellites, SIG). Ce sont ces variables environnementales qui posent le plus de questions en termes de modélisation multidimensionnelle. Ces données sont issues de différentes sources, parfois indépendantes des campagnes de recensement des oiseaux, et sont donc inconsistantes dans le temps et l'espace. De plus, ces données sont hétérogènes : elles peuvent se présenter sous forme de facteurs qualitatifs, quantitatifs ou encore d'objets spatiaux. Pour finir, ces données environnementales intègrent un grand nombre de facteurs (158 variables retenues) (...) / This thesis concerns the semi-automatic design of data warehouses and the associated OLAP cubes analyzing ecological data.The biological sciences, including ecology and agronomy, generate data that require an important collection effort: several years are often required to obtain a complete data set. Moreover, objects and phenomena studied by these sciences are complex and require many parameter recording to be understood. Finally, the collection of complex data over a long time results in an increased risk of inconsistency. Thus, these sciences generate numerous and heterogeneous data, which can be inconsistent. It is interesting to offer to scientists, who work in life sciences, information systems able to store and restore their data, particularly when those data have a significant volume. Among the existing tools, business intelligence tools, including online analytical systems (On-Line Analytical processing: OLAP), particularly caught our attention because it is data analysis process working on large historical collections (i.e. a data warehouse) to provide support to the decision making. The business intelligence offers tools that allow users to explore large volumes of data, in order to discover patterns and knowledge within the data, and possibly confirm their hypotheses.However, OLAP systems are complex information systems whose implementation requires advanced skills in business intelligence. Thus, although they have interesting features to manage and analyze multidimensional data, their complexity makes them difficult to manage by potential users, who would not be computer scientists.In the literature, several studies have examined the automatic multidimensional design, but the examples provided by theses works were traditional data. Moreover, other articles address the multidimensional modeling adapted to complex data (inconsistency, heterogeneous data, spatial objects, texts, images within a warehouse ...) but the proposed methods are rarely automatic. The aim of this thesis is to provide an automatic design method of data warehouse and OLAP cubes. This method must be able to take into account the inherent complexity of biological data. To test the prototypes, that we proposed in this thesis, we have prepared a data set concerning bird abundance along the Loire. This data set is structured as follows: (1) we have the census of 213 bird species (described with a set of qualitative factors, such as diet) in 198 points along the river for 4 census campaigns; (2) each of the 198 points is described by a set of environmental variables from different sources (land surveys, satellite images, GIS). These environmental variables address the most important issue in terms of multidimensional modeling. These data come from different sources, sometimes independent of bird census campaigns, and are inconsistent in time and space. Moreover, these data are heterogeneous: they can be qualitative factors, quantitative varaibles or spatial objects. Finally, these environmental data include a large number of attributes (158 selected variables) (...).

L’étude menée dans cette thèse, révise les faunes continentales du Crétacé supérieur (Campanien, Maastrichtien) de Provence (Bouches-du-Rhône et Var). Les recherches ont été menées sur plusieurs points : établir un inventaire précis des gisements paléontologiques, établir une liste faunique exhaustive pour chaque gisement, corréler les différents sites dans la stratigraphie générale et étudier les caractéristiques de la faune provençale. L’inventaire des sites fossilifères provençaux tient compte de plus d’une dizaine de nouveaux sites.Le recensement faunique de ces sites révèle des compositions semblables, à hauts niveaux de rangs taxinomiques. Dans le détail, elle comporte de légères variations selon l’âge des gisements, la localisation géographique et le contexte environnemental. L’actualisation des données met en évidence une richesse taxinomique bien plus importante que précédemment estimée. Le repositionnement stratigraphique des sites provençaux dans le Crétacé supérieur a été effectué à l’aide de marqueurs biostratigraphiques classiques et de l’oostratigraphie, permettant ainsi de corriger l’âge de certains sites historiques.L’examen de la paléobiodiversité provençale a tenu compte de la variabilité (intra ou interspécifique) et de la définition de nouveaux taxons. La variabilité/diversité de certains (titanosaures, Rhabdodon, théropodes ; nodosauridés) a été estimée grâce à l’utilisation de morphotypes.En caractérisant la faune provençale, ce travail pose les bases de l’étude de la faune à l’échelle de l’île ibéro-armoricaine. A l’échelle provençale, cette faune présente des caractéristiques d’une évolution en milieu insulaire avec quelques spécificités. / The study led within the framework of this thesis, reports on the Upper Cretaceous continental faunae (Campanian, Maastrichtian) of Provence (Boûches-du-Rhone and Var).Researches were focused on several aspects: Establish a precise inventory of the known paleontological deposits; establish a faunal exhaustive list for each deposit, correlate the various sites in the general stratigraphy and study the characteristics of Provencal fauna. Provencal fossil inventory takes into account more than about ten new localities.The fauna inventory of all these sites reveals similar compositions at high taxonomic levels. However, in detail, this fauna contains light variations according to the age of the localities, the geographical location and the environmental context. Data updating highlights a taxonomic richness more important than previously estimated. The stratigraphic reposition of the various localities from Provence in the Upper Cretaceous was carried out by the use of classic biostratigraphic markers and oostratigraphy, which allowed correcting the age of some historical sites.The study of paleobiodiversity in Provence took into account the variability (intra or interspecific) and the definition of new taxa. The variability/diversity of some taxa (titanosaurs, Rhabdodon, theropods, nodosaurids) was estimated thanks to the use of precise morphotypes.By characterizing the fauna from Provence, this work establishes the bases of the study of the Fauna on ibero-Armorican island (which includes Provence). At the Provence scale, this fauna presents many characteristics of an evolution in island environment with some evolutionary specificities.

Cette thèse concerne la gestion de données de biodiversité à large échelle. Elle a pour objectifs d’optimiser les requêtes pour les chercheurs qui peuvent accéder gratuitement aux données mondiales de biodiversité. Ces données partagées par des laboratoires de recherche du monde entier, sont mises à disposition du GBIF qui les fédère et les rend accessibles aux chercheurs, décideurs, grand public. Avec une quantité importante et une croissance rapide des données et des utilisateurs qui expriment de nouveaux besoins, le GBIF est confronté à un double problème d’expressivité des requêtes et d’efficacité. Ainsi, nous proposons une solution décentralisée pour l’interrogation des données de biodiversité. La solution cumule les ressources de plusieurs machines éloignées et peu puissantes pour offrir la puissance de calcul et de stockage nécessaire pour garantir la réactivité du système pour les usagers. En outre, elle fournit une interface d’interrogation de haut niveau qui est plus expressif pour les usagers. Puis, nous mettons en œuvre un mécanisme de répartition dynamique des données à la demande. Cette approche qui est basée sur la structure des données de biodiversité et les spécificités des requêtes d’analyse des usagers, adapte dynamiquement les capacités des machines aux demandes des usagers. Ensuite, nous proposons une approche d’optimisation de requêtes qui adapte dynamiquement le placement des données et la charge de chaque machine en fonction de ses performances pour traiter les requêtes des usagers dans des délais impartis. Nous avons validé expérimentalement cette solution avec des données réelles du GBIF concernant 100 millions observations. / This thesis concerns large scale biodiversity data management. Its objectives are to optimize queries for researchers who have free access to biodiversity worldwide data. These data which are shared by worldwide research laboratories are federated in GBIF data warehouse. GBIF makes accessible its data to researchers, policy makers and general public. With a significant amount of data and a rapid growth of data and users that express new needs, the GBIF portal is facing a double problem of expressiveness of queries and of efficiency. Thus, we propose a decentralized solution for biodiversity data interrogation. Our solution combines the resources of several of remote and limited machines to provide the needed computing and storage power to ensure system responsiveness for users. It also provides high-level query interface which is more expressive for users. Then, we propose a dynamic data distribution on demand approach. This approach which is based on data properties and characteristics of users analysis queries adapts dynamically machines capacities to users demands. Then, we propose a queries optimization approach that adapts dynamically data placement and machines loads according to performances in order to process users queries within deadlines. We experimentally validated our solution with real GBIF data concerning 100 million observation data.

Thèse en cotutelle : Université Laval, Québec, Canada et Université de Bordeaux Talence, France / Les forêt mélangées sont l'une des principales options de gestion pour stabiliser la production de biomasse forestière tout en réduisant l'impact du stress hydrique de plus en plus fréquent avec les changements globaux. Cependant, les effets interactifs entre diversité des espèces d'arbres et disponibilité en eau ont rarement été étudiés in situ, et encore moins en étudiant le fonctionnement du sol. Dans cette thèse, nous avons cherché à déterminer si les effets positifs de la diversité des espèces d'arbres sur le recyclage des nutriments étaient modulés par la disponibilité en eau. Pour répondre à cette question, deux sites appartenant au réseau mondial de diversité des arbres (TreeDivNet) ont été étudiés : ORPHEE dans le sud-ouest de la France et IDENT-SSM à Sault Ste. Marie au Canada. Ces deux sites expérimentaux manipulent la diversité des arbres (richesse des espèces d'arbres) et la disponibilité en eau (irrigation dans les deux cas, avec exclusion partielle des pluies à IDENT-SSM). Les travaux sont divisés en quatre chapitres : (1) la complémentarité spatiale verticale de la disponibilité des nutriments du sol, (2) la dépolymérisation de l'azote organique du sol, (3) la complémentarité temporelle dans les prélèvements de nutriments et les processus du sol, et (4) l'efficience d'utilisation des nutriments par les arbres. En examinant le cycle des nutriments dans les sols, nous avons constaté qu'une forte disponibilité en eau augmentait la dégradation de la matière organique (par les enzymes extracellulaires et la dépolymérisation des protéines), tandis qu'elle diminuait la minéralisation nette des nutriments. Un effet du mélange d'espèces d'arbres n'a été observé que dans la couche intermédiaire du sol, où l'on a trouvé une teneur en matières organiques et des activités enzymatiques plus élevées que dans les monocultures. Au cours de l'année, des différences dans la disponibilité des nutriments n'étaient visibles que lorsque la disponibilité en eau était suffisante : il y avait plus d'azote biodisponible dans les parcelles de pins en monoculture, tandis que le phosphore était plus important dans les parcelles de bouleaux en monoculture, par rapport aux autres traitements d'espèces. Malgré les variations saisonnières, ces tendances sont restées constantes entre les périodes de dormance et de végétation. En étudiant expérimentalement l'absorption des nutriments, nous avons observé une asynchronie de l'absorption lors du débourrement de la végétation: à ce stade phénologique, l'espèce sempervirente (pin) a pût prélever plus tôt que l'espèce décidue (bouleau), avec respectivement un avantage et un désavantage pour l'absorption des nutriments dans les parcelles mélangées. En ce qui concerne l'efficience d'utilisation des nutriments (NutUE), nous avons constaté que l'identité des espèces était un facteur plus important que la diversité des espèces. Bien que l'augmentation de diversité ait eu tendance à accroître la productivité aérienne et la biomasse de la litière, la dominance de certaines espèces dans les mélanges était le principal facteur contrôlant la NutUE (le bouleau sur le pin à IDENT-SSM et le pin sur le bouleau à ORPHEE). Ainsi, les processus biogéochimiques de la couche superficielle du sol ont été déterminés par la disponibilité en eau, les processus du sol intermédiaire par le mélange des espèces, et l'efficience d'utilisation des nutriments a été déterminée par l'identité des espèces plutôt que par le mélange. A l'inverse de l'effet prononcé des facteurs pris individuellement, nous n'avons pas observé d'effet interactif entre ceux-ci. Sur la base de l'ensemble de nos résultats, nous concluons que chacun des facteurs étudiés (disponibilité en eau, diversité des arbres et identité des espèces) joue un rôle significatif sur le recyclage des nutriments, même s'il n'y avait pas d'effets interactifs. / Mixed forests are one of the main management strategies to stabilize forest biomass production while reducing the impact of water stress, which is becoming more frequent as a result of global changes. However, the interactive effects between tree diversity and water availability have rarely been studied in situ, let alone while studying soil functioning. In this thesis, we sought to determine whether the positive effects of tree species diversity on nutrient cycling in forests were modulated by water availability. To answer this question, two sites belonging to the global tree diversity network (TreeDivNet) were studied: ORPHEE in southwestern France and IDENT-SSM in Sault Ste. Marie, Canada. These two experimental sites manipulate tree diversity (tree species richness) and water availability (irrigation in both cases, with partial rain exclusion at IDENTSSM). The work is divided into four chapters: (1) vertical spatial complementarity of soil nutrient availability, (2) soil organic nitrogen depolymerization processes, (3) temporal complementarity of nutrient uptake and soil nutrient processes, and (4) nutrient use efficiency by trees. When looking at belowground nutrient cycling, we found that high water availability increased organic matter breakdown (by extracellular enzymes and protein depolymerization), while it decreased net nutrient mineralization. An effect of mixing tree species was only detected in the mid soil layer, where we observed a higher amount of organic matter and enzyme activities compared to the monocultures. Throughout the year, differences in nutrient availability were only visible when water availability was sufficient: more bioavailable nitrogen was produced in the pine monocultures, while more phosphorus was produced in the birch monocultures, compared to the other species treatments. Despite seasonal variation, these trends remained consistent between the dormant and vegetative periods. When experimentally investigating nutrient uptake, we observed an asynchrony of uptake during budburst: at this phenological stage, the evergreen species (pine) was able to take up nutrients earlier than the deciduous species (birch), with an advantage and a disadvantage respectively for nitrogen uptake in the mixed plots. Finally, we found that species identity was a stronger driver than species diversity for aboveground nutrient use efficiency (NutUE). Although increasing tree species tended to increase aboveground productivity and litterfall biomass, certain species dominance drove NutUE trends (i.e. birch dominance over pine at IDENT-SSM and pine over birch at ORPHEE). In summary, surface soil biogeochemical processes were driven by water availability, intermediate soil processes by species mixing, and nutrient use efficiency was driven by species identity rather than mixing. In contrast to the pronounced effect of individual factors, we did not observe an interactive effect between them. Based on all of our results, we conclude that each of the factors studied (water availability, tree diversity, and species identity) had an important role in nutrient cycling, even though there were no interactive effects.

Le système de la baie d'Hudson comprend la baie d'Hudson, la baie James et le détroit d'Hudson. La baie d'Hudson est une grande mer intérieure peu profonde avec un apport d'eau douce très élevé issu de vastes bassins de drainage s'étendant sur une grande surface du Canada. La couverture de glace de mer y est saisonnière, et cet écosystème subarctique représente la limite sud de la répartition de plusieurs espèces endémiques à l'Arctique. Une absence de glace pluriannuelle et des apports d'eau douce accrus devraient également être des conditions rencontrées dans le Haut Arctique dans un future proche, ce qui permet d'envisager le système de la baie d'Hudson comme une fenêtre ouverte sur ce qui pourrait être observé à des latitudes plus élevées dans un avenir proche. Cependant, les données sur le zooplancton et les poissons du système de la baie d'Hudson demeurent relativement rares. Avec les recherches présentées dans cette thèse, nous visons à établir des informations de référence sur le zooplancton et les larves de poissons du système de la baie d'Hudson. De plus, nous visons à mieux comprendre les mécanismes par lesquels les espèces adaptées à l'Arctique persistent dans cet environnement subarctique dynamique, afin de comprendre comment elles pourraient également y parvenir à des latitudes plus élevées. Les résultats du chapitre 1 montrent que les larves de morue arctique (Boreogadus saida) ont tendance à éclore plus tôt dans les zones affectées par les plumes d'eau douce provenant des rivières. Ces éclosions hâtives permettent à certaines jeunes morues arctiques d'atteindre de plus grandes tailles à la fin de l'été, les rendant plus susceptibles de survivre à leur premier hiver comparativement aux larves qui ont éclos plus tardivement. Puisque la croissance de ces larves hâtives doit être soutenue par la présence de proies adéquates, dans le chapitre 2, nous caractérisons la variabilité des assemblages de mésozooplancton du moment de la débâcle en juin jusqu'à la fin de l'été en octobre. Nous montrons que la variation de composition entre les communautés de mésozooplancton pourrait s'expliquer par l'impact important du retrait des glaces sur la production primaire et par la profondeur. Parmi les organismes zooplanctoniques, les copépodes du genre Calanus sont adaptés aux conditions arctiques et très riches en lipides, ce qui en fait des proies de choix pour le reste du réseau trophique. Ces copépodes sont plus nombreux au début de la saison alors qu'il y a encore de la glace dans la baie, et dans les zones profondes centrales du système de la baie d'Hudson. À la fin de l'été, l'abondance plus faible de Calanus coïncide avec l'abondance plus élevée des petits copépodes du genre Pseudocalanus pour entraîner une biomasse globale plus faible de mésozooplancton dans le système. Au niveau trophique supérieur, les assemblages d'ichtyoplancton variaient également beaucoup entre le début et la fin de l'été, comme le montre le chapitre 3. Les larves de capelan, un poisson boréal, étaient de loin les plus abondantes dans l'ensemble, même si elles étaient géographiquement limitées à la partie sud ouest de la baie et particulièrement abondantes seulement à la fin de l'été. En revanche, les assemblages dominés par les larves de morues arctiques étaient répandus plus équitablement à travers la baie d'Hudson et le détroit d'Hudson, si bien que les jeunes stades de morue arctique et de capelan se chevauchaient peu géographiquement et temporellement. Cependant, les larves de morue arctique se retrouvaient souvent en compagnie de celles des lançons et d'autres espèces des familles Cottidae, Liparidae et Stichaeidae. Dans ces cas là, les tailles des larves étaient de plus comparables et une compétition pour la nourriture est alors possible. Dans l'ensemble, les résultats de cette thèse soutiennent l'hypothèse selon laquelle la persistance des espèces de zooplancton et d'ichtyoplancton adaptées à l'Arctique dans un environnement subarctique nécessite des stratégies d'hivernage et de reproduction leur permettant de tirer pleinement parti de la courte période de production essentiellement limitée à la période de débâcle des glaces. Plus tard dans l'été, les conditions nettement plus chaudes donnent probablement un avantage concurrentiel aux espèces boréales. / The Hudson Bay system consists of the Hudson Bay, James Bay and Hudson Strait. The Hudson Bay is a large shallow inland sea with a very high freshwater input. It is seasonally ice-covered and is considered a sub-Arctic ecosystem representing the southern limit of the distribution of several Arctic-adapted species. Since a seasonal ice regime precluding multi-year ice and a significant increase in freshwater runoff are predicted to prevail soon in the High Arctic, current conditions in this system might represent an open window on what could be observed at higher latitudes in the near future. Data on the zooplankton and fish in the Hudson Bay system are still relatively scarce. With the research presented in this thesis, we aim to lay baseline information on the zooplankton and fish larvae of the Hudson Bay system. Furthermore, we aim to understand the mechanisms by which Arctic-adapted species are persisting in this sub-Arctic environment and thus understand how they might also do so at higher latitudes. The findings of Chapter 1 show that Arctic cod (Boreogadus saida) larvae tend to hatch earlier in areas affected by riverine freshwater under the ice. These early hatchers are larger by the end of summer and thus more likely to survive their first winter compared to later hatchers. In Chapter 2 we show that mesozooplankton assemblages are different from the time of ice breakup in June to autumn in October and that the variation between mesozooplankton communities could be explained by the ice retreat and by depth. The lipid-rich, Arctic-adapted Calanus spp. copepods are more numerous early in the season while there is still ice in the bay and in the central deeper areas of the Hudson Bay system. The lower abundance of Calanus spp. copepods at the end of summer and the higher abundance of the small copepod Pseudocalanus spp., result in an overall lower biomass of mesozooplankton in the Hudson Bay system in late summer. The ichthyoplankton assemblages were also quite different from early to late summer as shown in Chapter 3. Larvae of the boreal capelin were by far the most abundant overall, even though they were geographically restricted to the southwestern part of the bay and only highly abundant in late summer. In contrast, assemblages featuring Arctic cod were widespread over the Hudson Bay and Hudson Strait, and geographical overlap between capelin and Arctic cod was minimal. Arctic cod larvae, however, overlapped temporally and geographically with sand lance and with other fish larvae, such as species from the Cottidae, Liparidae and Stichaeidae families. In these cases, the sizes of the larvae were comparable, and competition for food may be possible. Overall, the results from this thesis support the hypothesis that for Arctic-adapted zooplankton and ichthyoplankton species to persist in a sub-Arctic environment, it is important to have overwintering and reproductive strategies that allow them to make full use of the short productive period during ice break-up. Later in the summer, the warmer conditions probably give boreal species a competitive advantage.

Après des décennies de croissance rapide du droit international de l’environnement, il est aujourd’hui crucial d’assurer l’effectivité et l’efficacité de cette branche du droit. Cela implique, entre autres, de garantir la flexibilité et la réactivité des instruments existants. Cette thèse propose d’explorer les mécanismes et phénomènes permettant aux régimes internationaux environnementaux de s’adapter aux évolutions scientifiques, politiques et juridiques en s’appuyant sur un cas d’étude précis : l’influence de la Plateforme intergouvernementale politique et scientifique pour la biodiversité et les services écosystémiques (IPBES) en Méditerranée. L’IPBES a été récemment établie afin de pallier l’inefficacité des politiques environnementales en matière de biodiversité. En partant du postulat du succès de cette plateforme, cette thèse expose les divers moyens juridiques d’influences dont celle-ci dispose dans la région. Nous verrons ainsi que l’expertise institutionnelle des régimes méditerranéens constitue une modalité d’influence directe tandis que les nombreux phénomènes de diffusion normative lui assurent une influence indirecte. La Méditerranée comporte à une échelle réduite tous les enjeux du droit international de l’environnement. Une telle étude permettra donc de mettre en lumière des aspects rarement étudiés de cette branche du droit / After decades of growth, it is now crucial to ensure that International environmental law is efficient. This implies, among other things, to guarantee the flexibility and reactiveness of existing instruments. This thesis aims to develop an analysis of the different mechanisms and phenomenon that allow International environmental regimes to adapt to scientific, political and legal evolution. It does so by focusing on a specific case study: the influence of the Intergovernmental science-policy Platform on Biodiversity and Ecosystem Services (IPBES) in the Mediterranean. The IPBES was recently established in order to cope with the inefficiency of current measures for the conservation and sustainable use of biodiversity. By assuming the success of this platform, this thesis will explore the different legal means of influence the IPBES has in the region. In doing so, we will see that the institutionalized expertise of Mediterranean regimes allows for a direct influence of the platform, while norm diffusion in the region allows for an indirect influence. The Mediterranean holds within itself all of the stakes of International environmental law. By focusing on the region, this study hopes to shine light on aspects of International environmental law that are seldom studied

L’Algérie est un cas d’école en matière d’ignorance en biodiversité. A ce jour, on ne dispose d'aucun inventaire complet pour aucun taxon ni aucun atlas à l’échelle du pays ! Pourtant, l’Algérie est d’une grande importance pour la biodiversité mondiale. La façade littorale de l’Algérie fait partie du hostpot de biodiversité mondial qui est le pourtour méditerranéen et compte plusieurs points rouges de biodiversité régionaux. Par ailleurs, la partie saharienne contient une diversité d’organismes endémiques adaptés aux fortes conditions de sécheresse. Les autorités algériennes déploient un projet ambitieux pour la conservation en fixant 50 % de la surface du pays comme objectif pour les aires protégées ! Mais, l’emplacement de ces aires protégées et leur gestion n’obéit pas à des critères basés sur une bonne connaissance de la diversité, mais sont plutôt panifiés à dire d’expert. L’objectif général de cette thèse c’est l’étude de la distribution de l’ignorance en biodiversité en Algérie en se concentrant sur les « Linnean, Wallacean et Darwinian Shortfalls » et de contribuer à les réduire. J’ai consacré un chapitre qui a pour but de réduire le Linnean Shortfall en proposant 1) une première checklist des reptiles et amphibiens d’Algérie qui est le fruit d’un examen précis des publications scientifiques sur ces taxons en Afrique du Nord. 2) une première pré-évaluation des statuts de conservations des reptiles et amphibiens d’Algérie pour la production de la première liste rouge nationale. La deuxième partie de ce manuscrit traite la question de l’ignorance de la distribution géographique des espèces. Le but de cette partie est de cartographier l’ignorance qui est la différence entre la diversité la richesse spécifique attendue et la richesse spécifique observée. La richesse spécifique attendue a été modélisée avec deux approches : 1 l’utilisation des modèles de niches avec la méthode de maximum d’entropie (MaxEnt) pour prédire les habitats favorables pour chaque espèce puis additionner les différentes couches binaires de présence des espèces pour calculer la richesse spécifique. 2) l’addition des couches des aires d’occurrences des espèces construite par la méthode du minimum convex polygon pour produire la carte de distribution de la richesse spécifique. Les deux approches ont montré la même tendance à l’échelle nationale, c’est-à-dire la concentration des zones les plus riches sur le long de l’Atlas Saharien et des hauts plateaux qui sont la zone de transition entre le Sahara et la partie méditerranéenne de l’Algérie. L’opposition de la partie saharienne globalement pauvre en espèce et la moitié nord plus riche. En fin, les massifs sahariens du Hoggar et Tassili forment une zone très distincte avec une richesse nettement supérieure par rapport au reste du Sahara. Pour ce qui est des lacunes, dans la Partie nord, la Kabylie, le parc national d’El Kala et la région d’Oran sont assez bien prospectées. Dans le Sahara, seuls quelques points sont assez bien prospectés comme Biskra, Béchar et quelques zones du Hoggar et Tassili. En fin, la troisième partie porte sur la distribution des lignées génétiques dans le Maghreb. Les objectif de cette partie est localiser les zones de sutures entre les lignées génétiques divergentes des populations de l’est et de l’ouest du Maghreb et d’essayer de comprendre les mécanismes qui ont conduit à ce patron de diversité génétique. Pour répondre à ces questions, j’ai effectué une phylogéographie comparées sur 11 espèces de reptiles et amphibiens à distribution continue et large dans le Maghreb. Deux zones de sutures ont été identifiées : une zone à la frontière de l’Algérie et du Maroc, l’autre EN Kabylie à l’ouest de la vallée de la Soummam. Les divergences entre les clades est et les clades ouest ont eu lieu entre la période pré-messinienne jusqu’au à la limite plio-pleistocène et se seraient maintenues dans des refuges climatiques à l’est et à l’ouest du Maghreb. / Algeria is a case study of biodiversity ignorance. To date, there are neither complete inventories for any taxa nor atlas across the country! Yet, Algeria is of great importance for global biodiversity. The coastal area of Algeria is part of the global biodiversity hostpot which is the Mediterranean perimeter and has several regional red spots of biodiversity. Moreover, the Saharan part encompasses a diversity of endemic organisms adapted to the strong conditions of drought. The Algerian authorities are deploying an ambitious project for conservation aiming to reach 50% of the country's surface as protected areas! However, the location of these protected areas and their management don’t obey to a scientific evidence based, but are rather based on experts opinion. The main aim of this thesis is the study of the biodiversity ignorance distribution in Algeria by focusing on the "Linnean, Wallacean, and Darwinian Shortfalls" and to contribute to reduce them. The first chapter aims at reducing the Linnean Shortfall by proposing 1) a first checklist of reptiles and amphibians of Algeria which is the result of an accurate review of scientific publications on these taxa in North Africa. 2) a first pre-assessment of the conservation status of reptiles and amphibians of Algeria for the production of the first national red list. The second part of this manuscript deals with the ignorance of the geographical distribution of species. The purpose of this part is to map the ignorance which is defined as the difference between the expected specific richness diversity and the observed specific richness. The predicted species richness was modelled with two approaches: 1 ecological niche modeling with the maximum entropy method (MaxEnt) to predict the suitable habitats for each species and then add the different binary layers of species presence to calculate the specific richness. 2) Minimum convex polygon method was used to create range maps of each species and were auditioned to obtain predicted species richness. Both approaches have shown the same trend at a national scale: the concentration of the richest areas along the Saharan Atlas and the high plateaux which are the transition zone between the Sahara and the the Mediterranean part of Algeria. The opposition of the Saharan with a low species richness and the northern part with a higher species richness. Finally, the Saharan massifs of the Hoggar and Tassili form a very distinct zone with a much greater wealth compared to the rest of the Sahara. In terms of gaps, in the northern part, Kabylie, El Kala National Park and the Oran region are fairly well surveyed. In the Sahara, only a few points are clearly well prospected as Biskra, Bechar and some areas of the Hoggar and Tassili. The third part deals with the distribution of genetic llineages in the Maghreb. The aim of this section is to locate the phylogeographic breaks between the divergent eastern and western populations of the Maghreb and to try to understand the mechanisms that led to this pattern of genetic diversity. To answer these questions, I carried out a comparative phylogeography on 11 species of reptiles and amphibians with continuous and wide distribution in the Maghreb. Two suture zones have been identified: one zone on the border of Algeria and Morocco, the other in Kabylia west of the Soummam valley. The divergences between the eastern clades and the western clades occurred between the pre-Messinian periods up to the plio-pleistocene boundary and were maintained in climatic refugia in the east and west of the Maghreb.