This study focuses on the vegetation of the African city of Bujumbura, Burundi. Urban flora is detailed according to the origin of the species (native or introduced), their life form, the use of these species by the local population and their behaviour (invasive or not). <p>The correlation between different natural and anthropogenic environmental factors and the composition of plant communities has been demonstrated through the analysis of vegetation plots. Three types of green areas were studied: spontaneous vegetation on terra firma, wetlands <p>and domestic gardens.<p><p>The main ecological factor correlated to the composition of the spontaneous vegetation of terra firma is the degree of urbanization. From the suburb to the city centre, savannah species typical for the region are replaced by alien invasive species, mostly ruderals. The latter generally have a large distribution, often on several continents. The physiognomy of the vegetation also changes, with hemicryptophytes and phanerophytes in the outskirts and the dominance of therophytes and chamaephytes in the city centre.<p><p>In most of wetlands, a large proportion of the plant species are natives, but some wetlands are almost totally invaded by alien species. Soil type is the main environmental factor correlated with <p>the variability of the vegetation.<p><p>The flora of domestic gardens is mainly composed of introduced species used as ornamental, food or medicinal plants. The socio-economical status of the neighbourhood is the main factor correlated with the variability of the garden flora. In high standing neighbourhoods, most species are onamental, with many trees and shrubs. In popular neighbourhoods, the flora is mainly utilitarian (vegetables and fruits), with a significant proportion of native species, and composed mainly of annual species. <p>A small proportion of the alien species cultivated in gardens has become invasive in the semi-natural vegetation of the city and its surroundings. Many other species cultivated in the gardens could become invasive, based on their ecology and their invasive behaviour in other regions with a climate similar to that of Bujumbura.<p><p>Overall, the city of Bujumbura has a diverse flora, with many useful species (vegetables and fruits, traditional medicine, construction of fences and roofs, material for mats and art objects.). The vegetation also hosts wildlife: birds, fishes, hippos, crocodiles etc… <p><p>In conclusion, the vegetation of Bujumbura contributes to biodiversity conservation and provides services to the urban population, but the expansion of alien invasive species and the consequent homogenization of the vegetation is a challenge for the future.<p> / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

La faible représentation de la biodiversité dans les modèles de végétation a longtemps été un obstacle à la compréhension et à la projection des processus écosystémiques. La forte biodiversité des forêts tropicales, leur rôle clé dans les cycles biogéochimiques globaux, ainsi que leur vulnérabilité aux perturbations anthropiques directes et indirectes, amplifient les difficultés et enjeux de ces questions de recherche. En particulier, l'augmentation prédite de la fréquence et de l'intensité des sécheresses pourrait impacter la structure et composition floristique de ces forêts, comme dors et déjà observé au cours d'expériences naturelles et artificielles. Cette thèse explore ces questions de recherche à travers deux approches complémentaires, de modélisation et de mesures écophysiologiques. Dans le premier chapitre, je décris un simulateur de croissance forestière individu-centré et spatialement-explicite, TROLL, qui intègre les progrès récents en physiologie des plantes. Les processus sont paramétrés à l'aide de traits fonctionnels espèce-spécifiques, pour une forêt tropicale amazonienne. Une régénération forestière est simulée, et validée par des observations faites en Guyane française. La sensibilité du modèle à plusieurs paramètres globaux clés est évaluée. Enfin, l'influence de la variation de la richesse et composition spécifiques sur les propriétés écosystémiques est explorée. La réponse des forêts tropicales à la sécheresse est mal connue, empêchant la représentation pertinente des processus en jeu dans les modèles de végétation. Les chapitres 2 à 5 de cette thèse ont ainsi pour but de documenter la tolérance à la sécheresse et sa diversité dans une forêt amazonienne. Une méthode récente et rapide de détermination d'un trait de tolérance des feuilles à la sécheresse, le potentiel hydrique des feuilles au point de perte de turgescence (ptlp), est validée et utilisée, permettant de quantifier pour la première fois un tel trait de tolérance à la sécheresse dans une forêt amazonienne à l'échelle de la communauté. Ce jeu de données permet l'exploration des déterminants de la tolérance à la sécheresse des feuilles, à travers les espèces d'arbres, les tailles des individus, les stades de succession, les expositions à la lumière, ainsi que les lianes. La variabilité de ptlp observée suggère une large diversité de réponses à la sécheresse au sein des communautés de plantes amazoniennes. Ceci est confirmé par le suivi direct du flux de sève au cours d'une saison sèche sur divers arbres de canopée. Enfin, je discute les implications de ces résultats pour le développement des futurs modèles de végétation. / A great part of uncertainties in our current understanding and projections of the carbon cycle lies in the vegetation compartment. The problem of biodiversity representation in vegetation models has long been an impediment to a detailed understanding of ecosystem processes. The high biodiversity of tropical forests, their disproportionate role in global biogeochemical cycles, together with their vulnerability to direct and indirect anthropogenic perturbations, amplify the relevance of this research challenge. In particular, the predicted increase in drought intensity and frequency in the tropics may impact forest structure and composition, as already observed in natural and artificial experiments. This thesis explores how new advances in modelling and ecophysiology should help improve our understanding of these processes in the future. In the first chapter, I describe an individual-based and spatially-explicit forest growth simulator, TROLL, that integrates recent advances in plant physiology. Processes are linked to species-specific functional traits parameterized for an Amazonian tropical rainforest. This model is used to simulate a forest regeneration, which is validated against observations in French Guiana. Model sensitivity is assessed for a number of key global parameters. Finally, we test the influence of varying the species richness and composition on ecosystem properties. Tropical forest response to drought is not well understood, and this hampers attempts to model these processes. In chapters 2 to 5 I aimed at documenting drought-tolerance and its diversity in an Amazonian forest. A rapid method of determination of a leaf drought tolerance trait, the leaf water potential at turgor loss point (ptlp), was validated and applied to a range of plant species. We established the first community-wide assessment of drought tolerance in an Amazonian forest. These results inform on the drivers and determinants of leaf drought tolerance, across tree species and lianas, tree size, successional stages, light exposition, and seasons. Variability in ptlp among species indicates the potential for a range of species responses to drought within Amazonian forest communities. This is further confirmed by direct monitoring of whole-plant water use on diverse canopy trees during a marked dry season. Finally, I discuss the implications of these results to increase the dialogue between the vegetation modeling community and ecology, to enhance model's predictive ability, and to inform policy choices.

L'objectif de cette étude est de mieux comprendre comment la biodiversité influence le service de purification de la qualité de l'eau en tant que service de régulation capable de limiter la charge en polluants de l'eau naturelle. Peu d'études ont regardé comment les invertébrés (macro- et méio-faune) sont capables d'influencer le fonctionnement de la zone hyporhéique considérée, comme un réacteur biogéochimique contribuant largement au recyclage des nutriments. L'élimination du nitrate et la dénitrification sont utilisés comme indicateur de ce service dans les rivières afin de pouvoir suivre son évolution spatiale et temporelle. Dans cette thèse, la relation fonctionnelle entre le taux de réduction des nitrates et les organismes participant à l'expression de ce service est testée à différentes échelles d'étude allant du microcosme jusqu'à l'habitat hyporhéique d'un méandre de large rivière, la Garonne. Cette relation est mise en évidence dans une série de colonnes d'infiltration reproduisant le lit de rivière avec sa communauté benthique (projet Inbioprocess). Dans cette expérience, un gradient de biodiversité a été créé avec des combinaisons de communautés +/- biofilm, +/- méiofaune et +/- macrofaune pour tester leur influence sur l'élimination du nitrate avec et sans pesticides dans le cadre du projet Inbioprocess. Les résultats suggèrent l'influence des interactions entre communautés, sur le taux de réduction des nitrates qui est supérieur quand les invertébrés sont présents (11.8 ± 1.2) par comparaison avec les conditions sans invertébrés (7.7 ± 1.4 mg N l-1d-1 ; moyenne ± erreur standard (m ± ET)). Ces interactions ont également été suggérées comme favorisant le retour de la capacité de réduction des nitrates en présence de pesticides, utilisé comme source de stress, dans l'eau des microcosmes. Ces résultats de laboratoire montrent l'influence des interactions trophiques et non trophiques entre les différents niveaux trophiques de ce réseau, avec probablement l'implication des espèces les plus résistantes pour expliquer la capacité potentielle de résilience du système. L'existence de cette relation fonctionnelle de type "top-down" a ensuite été explorée en conditions in situ. Les taux de rétention mesurés dans 9 cours d'eau européens (projet STREAMES) ont été estimés à l'échelle du tronçon de rivière à 1.64 ± 2.39 (m ± ET) mg NO3--N m-2.min-1. L'influence des communautés d'invertébrés sur le taux de réduction des nitrates se révèle statistiquement comme aussi importante que celle des facteurs physicochimiques dans l'ensemble des tronçons explorés. L'étude des traits biologiques des communautés d'invertébrés a permis de préciser le type de communauté le plus corrélé aux processus d'élimination des nitrates. Ces organismes sont majoritairement interstitiels vivant dans les sédiments grossiers et avec des modes d'alimentation de type brouteurs de biofilm. Dans la zone hyporhéique de la zone humide alluviale de Monbéqui (projet Attenagua), la corrélation positive de la communauté d'invertébrés avec le taux de dénitrification a été seulement visible pendant automne. Cette période est considérée comme un moment propice pour l'observation de la relation diversité-fonction dans ce milieu. / This PhD study aims to understand how the biodiversity influences the water purification processes in the hyporheic zone of running water, as an important regulating service that reduces the quantity of pollutants in freshwater ecosystems. Few studies have focused on how the invertebrate community influences the functioning of hyporheic zones, which are considered as a biogeochemical reactor that largely contributes to nutrient cycling capacity of the rivers. Nitrate retention or denitrification functions in hyporheic zones are used as indicators for the water purification service. The relationship between the nitrate removal function and its associated biodiversity was tested at different scales from indoor microcosms to in-stream reaches and the hyporheic habitat of a large river (Garonne) meander, under natural and stressful conditions. First, the linkage between invertebrates and the nitrate (NO3-) removal function was given in evidence in a series of infiltration columns that mimicked the riverbed conditions with its benthic communities. A gradient of community diversity was created with biofilm, meiofauna and macrofauna communities' combination in different treatments. It enabled to test the influence of the invertebrate community on the NO3- removal rates with and without pesticides during the Inbioprocess project. The results implied the influence of invertebrate and microbial cross-community interactions on NO3- removal rates, which was higher with invertebrate communities in the sediments (11.8 ± 1.2) than without (7.7 ± 1.4 mg N.l-1.d-1). These findings suggested a top-down control of invertebrates on the microbial activities. These interactions were also depicted at the source of the recovery of the NO3- removal capacity when facing stressful conditions due to addition of pesticide in the experimental water. These laboratory findings highlighted the importance of multi-trophic level interactions in the hyporheic habitat, with probable implication of the more resistant species in the resilience capacity of this system. The occurrence of the top-down linkage was then explored in in situ habitats. The NO3- removal rates measured at the reach scale in 9 European streams during the STREAMES project ranged from 0.04 to 10.75 with an average of 1.64 ± 2.39 mg NO3--N m-2.min-1 (Mean ± SE). The results suggested that not only physico-chemical and hydrological factors, but also macro-invertebrate assemblages may influence nitrate removal. Some functional groups positively correlated with nitrate reduction were biofilm grazers and interstitial organisms associated with macro-porous substrate. In the hyporheic water of Monbequi meander of the Garonne river, the positive correlation between invertebrate diversity and the potential denitrification rates was only visible during the autumn season, suggesting a potential "hot moment" for the observation of this correlation between biodiversity and ecosystem function in fields.

Les relations entre plantes et herbivores occupent une part importante des travaux concernant le rôle de la biodiversité dans le fonctionnement des écosystèmes. Les effets de la diversité des plantes sur les herbivores et la phytophagie se répartissent le long d’un continuum entre résistance et susceptibilité par association, ces deux concepts décrivant respectivement la réduction ou au contraire l’augmentation des dégâts causés par les herbivores avec la diversité des plantes dans les communautés végétales. Si de nombreux travaux menés dans différents écosystèmes suggèrent que la résistance par association est plus fréquente que la susceptibilité par association, les mécanismes sous jacents restent discutés et semblent dépendre de la plus ou moins grande spécialisation des herbivores et de l’identité des espèces végétales associées. En particulier deux questions se posent : (1) quel est l’effet de la diversité des plantes sur la diversité des insectes, et principalement sur les insectes herbivores ? (2) Quelle composante de la diversité des plantes explique le mieux la résistance et la susceptibilité par association ? La méta-analyse présentée dans cette thèse montre que la diversité des animaux augmente avec la diversité des plantes, quels que soient les écosystèmes et les taxons considérés. Dans le cas des Arthropodes, la richesse spécifique des herbivores est mieux corrélée à la richesse spécifique des plantes que celle des prédateurs. De plus, la diversité des herbivores augmente plus rapidement que la diversité des prédateurs avec la diversité des plantes. Ces observations soulèvent un paradoxe : si la diversité des herbivores augmente avec celle des plantes, comment expliquer les nombreux cas où la phytophagie diminue (résistance par association) ? Cette question a fait l’objet d’une approche expérimentale centrée sur le chêne pédonculé et fondée sur la manipulation de la diversité spécifique et génétique des essences forestières. Il en ressort que ces deux niveaux de diversité ont des effets contrastés sur la phytophagie. Les dégâts causés par les insectes herbivores généralistes tendent à augmenter avec la diversité génétique chez leur hôte (susceptibilité par association), alors que les spécialistes ne répondent pas à la diversité génétique chez le chêne. Au contraire, la diversité spécifique est à l’origine d’une résistance par association pour les herbivores spécialistes mais elle est sans effet sur les généralistes. Un résultat original émerge des travaux présentés dans cette thèse : les effets de la diversité des plantes sur les insectes herbivores et leurs dégâts s’exprimeraient principalement à l’échelle locale – celle d’un arbre et de ses voisins immédiats – au travers de « l’apparence » des arbres, une variable conditionnée par leur taille et celle de leurs voisins. La prise en compte de la spécialisation des insectes herbivores et des différentes composantes de la diversité des arbres contribue donc à une meilleure compréhension des mécanismes impliqués dans la résistance et la susceptibilité par association des forêts mélangées. / Functional and structural consequences of plant diversity on insect communities and herbivoryThe relationship between biodiversity and ecosystem functioning remains a key issue in ecology. In particular it has been suggested that plant species diversity can trigger plant-insect interactions, ranging from associational resistance (higher herbivory in monocultures than in more diverse plant communities) to associational susceptibility (higher herbivory in plant mixtures). Although it is now widely acknowledged that associational resistance is more frequent than associational susceptibility, the underlying mechanisms are still debated and seem to depend on herbivore specialization and plant species identity. To contribute to this debate we addressed two questions: (1) What are the consequences of plant diversity for insect herbivore diversity? (2) Which component of plant diversity better accounts for herbivory? On the basis of a meta-analysis we show in this report that animal diversity significantly increase with increasing plant diversity, regardless of habitats or taxa. In arthropods, herbivores species richness increases more steeply with plant richness than predator richness. This result raises an apparent paradox: if herbivore diversity is positively correlated with plant diversity, why herbivory decreases with increasing plant diversity (associational resistance)? To solve this paradox we developed an experimental approach focused on pedunculate oak and based on the manipulation of tree genetic and species diversity. We showed that generalist and specialist herbivores respond differently to the two levels of tree diversity. Herbivory by generalist herbivores significantly increased with oak genetic diversity (i.e. associational susceptibility) while specialist herbivores did not respond to the genetic diversity of their host tree. Conversely, tree species diversity triggered associational resistance to specialist insect herbivores but had no effect on generalists.  The novelty of this works also lies in the identification of a new mechanism that may account for associational resistance in tree species mixtures: host apparency. More apparent oak trees – those that are taller than their neighbours – are more prone to insect damage. Increasing tree species diversity comes together with higher probability of associating faster growing species (such as pine or birch) than can hide neighbouring oaks, reducing their apparency and then their susceptibility. Our findings suggest that accounting for the diet breadth of insect herbivores and the different components of tree diversity can contribute to a better understanding of the mechanisms leading to associational resistance or susceptibility in mixed forests.

Alors que la superficie des forêts de plantation continue d'augmenter dans le monde, leurcontribution à la conservation de la biodiversité reste controversée. L’objectif de cette thèse estd'identifier les facteurs clés, à la fois au niveau de l'habitat local et à celui du paysage, qui influent surla diversité des papillons de jour dans les paysages en mosaïque dominés par des plantations de pins.Les communautés de papillons ont été échantillonnées en lisière et à l’intérieur de plantations de pinmaritime, pare-feux, ripisylves et fragments de forêts de feuillus variant par la taille et le degréd’isolement spatial. Les traits biologiques et écologiques des papillons ont été liés auxcaractéristiques de l’habitat et aux variables paysagères.Les éléments les plus importants pour la conservation des papillons dans les paysages dominés parles plantations de pins sont les habitats semi-naturels: forêts de feuillus, pare-feux et lisières. Lesripisylves se révèlent être les plus riches en papillons forestiers, abritant des espèces spécialisées. Lespare-feux hébergent deux fois plus d'espèces que les autres types d'habitats et sont importants pourla conservation de plusieurs espèces menacées. Toutefois les plantations de pin ne sont pas vide depapillons. La qualité de l'habitat, notamment la présence de plantes hôtes, est le facteur le plusdéterminant de la composition des communautés de rhopalocères. La composition et laconfiguration du paysage ont également une influence importante sur la diversité des papillons. Denombreuses espèces de papillons ont été observées dans plusieurs types d'habitat suggérant que lacomplémentation et supplémentation des ressources soient des processus clés pour maintenir ladiversité des papillons dans les paysages forestiers hétérogènes. / While the area of plantation forests continues to increase worldwide, their contribution to theconservation of biodiversity is still controversial. The aim of this thesis is to identify key habitat andlandscape factors that drive butterfly diversity in mosaic landscapes dominated by pine plantations.Butterfly communities were sampled at edges and interiors of five successional stages of pine stands,in firebreaks, riparian forests and in deciduous woodlands varying in fragment size and isolation.Biological and ecological traits of butterflies were related to habitat patch attributes and tolandscape composition and configuration.The results highlighted the critical importance of semi-natural habitats for butterfly conservation inpine plantation mosaics, i.e. deciduous woodlands, firebreaks and edges. Riparian forests wereespecially rich in forest butterfly species, harboring specialized species with both narrow habitat andthermal ranges. Firebreaks had twice as many species as other habitat types and were ofconservation value for several threatened butterfly species. Our results also showed that pine standswere not ‘free of butterflies'. Habitat quality, particularly the presence of host plants, was the mostimportant driver of butterfly community composition. Landscape composition and configuration alsoinfluenced butterfly diversity. Many species used more than one distinct habitat type, suggestingthat resource complementation and supplementation are important mechanisms of butterflydiversity persistence in pine plantation mosaics.

Le présent travail essaye de démontrer que le littoral, à l’échelle du temps, est un domaine d’appropriation multiple par les sociétés. Il l’établit en trois étapes : définition de l’entité « littoral », prise en considération de l’eau dans l’aménagement et empreinte humaine néfaste. Il considère le littoral tel un organisme riche en vie et une interface entre les mondes terrestre et maritime. Il utilise les approches multiscalaire et géométrique pour appréhender l’hétérogénéité morphologique, la diversité biologique et la dimension spatiale. Il quantifie et qualifie, afin de caractériser les phénomènes naturels et les événements induits et afin d’énoncer une dominante révélatrice, l’eau, qui est à prendre en considération dans un aménagement respectueux de l’environnement littoral. Il analyse et synthétise les données des quatre terrains sélectionnés, fait émerger les spécificités et les problèmes environnementaux et recherche un état d’équilibre par une mise en valeur de la dynamique endogène. Il expose la relation diachronique de l’homme avec ces milieux et la prise de conscience a posteriori de la communauté scientifique sur le devenir des territoires littoraux, face aux nouvelles conditions climatiques. L’objectif de cette thèse est de mettre en évidence l’utilisation optimale de la ressource « littoral » et de révéler ses potentialités plurielles en vue d’un développement durable, où l’aménagement est la clé de voûte d’un nouveau modèle d’organisation bio–spatio–temporelle (BST). Cette approche holistique introduit la politique adaptative et la conscience collective, en vue d’un aménagement évolutif et d’une moralisation des usages du littoral et du 6ème continent. / This work tries to demonstrate, on the time scale, that the littoral is a domain of multiple appropriations by the human societies. It is made up of three stages: the definition of the « coast » entity, the water consideration in the management and the negative human influences. It considers the coast as a lifelike organism and an interface between land and sea worlds. It uses the multistage and geometrical approach to apprehend the morphological heterogeneity, the biological diversity and the spatial dimension. It quantifies and qualifies to characterize the natural phenomenon and the induced events by human beings and to announce the importance of the water, which has to be considered into a respectful management of the coastal environment. It analyzes and synthesizes the data from four selected sites, it brings out the specificities and the environmental problems and looking for a steady state by an enhancement of endogenous dynamics. It describes the diachronic relationship of man with this environment of transition and the awareness subsequent of the scientific community on the future of the coastal areas, face to new climatic conditions. The aim of this thesis is to prove the optimized use of « coast » resource and to valorize its plural potentialities for a sustainable development, where the management is the keystone of a new model, the bio-spatial-temporal (BST) organization. This holistic approach introduces the adaptive politics and the collective consciousness, for an evolutionary management and for a moralization of coast and of 6th continent use.

Malgré de nombreux travaux menés, les mécanismes d’assemblage des espèces adventices en communautés restent à identifier. Or cette compréhension est cruciale pour concevoir des stratégies de gestion permettant de préserver la biodiversité des plantes adventices tout en maintenant la production agricole. Ce travail de thèse avait pour objectif de comprendre les mécanismes à la base de la structure fonctionnelle des plantes adventices dans les agroécosystèmes. Trois axes de recherche ont été menés. Le premier axe a permis de proposer un cadre d’analyse général des mécanismes d’assemblage à l’origine de la diversité fonctionnelle dans le cadre de l’approche dites modèle nul. Le second axe, basé sur des analyses empiriques, a mis en évidence (1) le rôle prépondérant des processus stochastiques dans l’assemblage des espèces adventices entre types de culture dans les parcelles agricoles et (2) le maintien d’une flore fonctionnellement plus diversifiée due à la coexistence de stratégies de tolérance et d’évitement de l’ombrage en interface, compartiment adjacent au champ. Enfin, dans le troisième axe, nous avons montré expérimentalement que la compétition entre la plante cultivée et la communauté adventice promeut une unique stratégie d’évitement de l’ombrage se traduisant, à l’échelle individuelle, par un mimétisme fonctionnel des traits de la plante cultivée par les plantes adventices les plus performantes. Ainsi, processus stochastiques et déterministes influencent l’assemblage des communautés adventices, et ce à différentes échelles spatiotemporelles. / Despite numerous studies, weed community assembly mechanisms still remain unidentified. However, a better understanding of these mechanisms is crucial to design management strategies promoting weed biodiversity while maintaining agricultural production. The aim of this PhD was to understand the mechanisms underlying the functional structure of weeds in agroecosystems.Three research axes were conducted. The first axis enabled to propose a general analytical framework of community assembly in the context of a statistical approach called null model. The second axis, based on empirical analyses, revealed (1) the predominant role of stochastic processes in weed community assembly between crop types and (2) the coexistence of two, shade-tolerance and shade-avoidance, ecological strategies, thus explaining the higher functional diversity observed in crop edge, a field element adjacent to the field. Finally, on the third axis, based on experimentation, we have shown that the competition between the crop and the weed community promotes a unique shade-avoidance strategy resulting on a functional mimicry of the crop by the most successful weed plants. Thus, both stochastic and deterministic processes influence weed community assembly, besides at different spatial and temporal scales.

Qui du phénomène de résistance (RA) ou de susceptibilité (SA) par association est prépondérant en milieu forestier ? En d’autres termes, la défoliation par les insectes herbivores est-elle moins (RA) ou plus (SA) importante sur des arbres hôtes situés en mélange comparés à des monocultures ? A cause des contraintes méthodologiques, les connaissances sur la relation diversité - résistance en forêts matures restent faibles. Pour répondre à cette question, nous avons utilisé le dispositif exploratoire du projet FunDivEUROPE. Sur un réseau de 209 parcelles forestières sélectionnées le long de deux gradients orthogonaux de richesse spécifique (d’une à cinq essences en mélange) et de latitude (de la forêt méditerranéenne à la boréale), nous avons évalué la défoliation des houppiers des arbres. A l’aide d’un échantillon constitué de onze essences différentes, nous avons démontré pour la première fois un patron global de diminution de l’herbivorie (RA) en forêts matures à travers l’Europe. Nous avons également comparé l’herbivorie des insectes dans des placettes constituées de chênes purs ou mélangés à d’autres espèces, placées en lisière ou à l’intérieur de petits bois présents dans les vallées et coteaux de Gascogne. Nous avons observé moins de dégâts foliaires sur les chênes entourés par des voisins hétérospécifiques, et nous avons montré que la magnitude de cette résistance (RA) était plus importante en lisière qu’à l’intérieur des bois. Enfin, nous avons testé cette hypothèse de RA sur une espèce d’herbivore invasif en Italie, le cynips du châtaignier. Basée sur la même approche méthodologique, notre étude a montré de plus faibles dégâts de galles sur les châtaigniers lorsque la richesse spécifique de la parcelle était élevée. Notre travail fournit donc de nouvelles preuves supportant l’hypothèse de RA à travers trois contributions originales : i) la RA existe en forêt mature, ii) quelle que soit l’espèce d’herbivore, iii) y compris sur des espèces exotiques. Ces résultats devraient avoir d’importantes implications pour la gestion des insectes herbivores en forêt puisque le maintien et l’amélioration de la diversité des essences représentent un outil prometteur pour prévenir les dégâts d’insectes. / Whether increasing forest diversity should result in less insect damage (Associational Resistance, AR) or more damage (Associational Susceptibility, AS) is still debated. Moreover little is known about the diversity - resistance relationships in mature forests due to methodological constraints. To answer this question we used the FundivEUROPE exploratory platform. In this network of 209 mature forest plots sampled along two orthogonal gradients of tree species richness (from one to five species mixtures) and latitude (from the Mediterranean to the boreal forest biomes), we assessed insect defoliation in tree crown. Focusing on eleven broadleaved species, we could for the first time demonstrate a global pattern of reduced defoliation (AR) in mature forests across Europe. We replicated the comparison of insect herbivory in pure vs. mixed plots of oak trees, at the edge or within forest patches of the valleys and hills of Gascony. Here we found significantly less damage on oaks surrounded by heterospecific neighbors, and showed that the magnitude of AR was larger at forest edge than in forest interiors. Last we tested the AR hypothesis with an invasive alien species, the Asian chestnut gall wasp, in Italy. Based on the same methodological approach, our study showed lower gall damage on chestnuts when tree species richness was higher in mixed mature stands. Our work therefore provide new evidences to support the AR hypothesis with three original contributions: i) AR does apply to mature forests, ii) irrespective of the identity of insect herbivores, iii) including exotic species. These findings may have important implications for pest management in forest since the maintenance or improvement of tree species diversity represent a promising tool to prevent insect damage.

La biodiversité favorise un grand nombre de fonctions et services écosystémiques des écosystèmes forestiers tels que la production de bois ou la résistance aux attaques d’insectes et aux maladies. Cependant l’impact de la diversité sur l’acquisition et l’utilisation de l’eau et du carbone reste largement méconnu dans ces écosystèmes. De plus, dans le contexte actuel de changement climatique, l’influence de la diversité sur la réponse des écosystèmes forestiers à des événements climatiques extrêmes tels que la sécheresse reste à étudier. L’objectif de ce travail est donc de déterminer l’impact de la diversité en espèces d’arbre sur d’importantes fonctions du cycle de l’eau et du carbone telles que la transpiration, la composition isotopique du carbone ou la profondeur d’extraction de l’eau à l’échelle de l’arbre et de l’écosystème sous des conditions contrastées dedisponibilité en eau du sol. Ce travail a été réalisé dans le cadre du projet FunDivEUROPE sur un réseau de parcelles forestières ainsi que dans des plantations expérimentales le long d’un gradient Nord-Sud en Europe afin de couvrir une importante gamme de conditions climatiques. Nos travaux ont montré une importante variabilité de la réponse à la diversité à l’échelle de l’arbre et de l’écosystème en termes de relations hydriques et carbonées à travers l’Europe. La diversité en espèces ne semble pas influencer les relations hydriques et carbonées des espèces et des écosystèmes forestiers dans des conditions non limitantes de disponibilité en eau. Cependant, un fort effet de la diversité a été observé en conditions de sécheresse pour certains types forestiers. A partir de ces résultats, je discute des mécanismes d’interaction entre espèces qui peuvent expliquer les effets observés. Nos données ont montré que l’influence de la diversité en espèces est fortement dépendante du contexte et peut êtremodifiée par les conditions environnementales locales et les conditions climatiques. En terme de gestion forestière, je suggère que pour certaines régions en Europe, promouvoir la diversité en espèces ainsi que contrôler la densité des parcelles doit être recommandé afin d’adapter les écosystèmes forestiers aux futures conditions climatiques / Biodiversity is known to support and boost a wide range of forest ecosystem functions and services like productivity and resistance against insect pests and diseases. However, whether tree species diversity also promotes water and carbon acquisition and use in forest ecosystems is still unclear. Furthermore, in the current context of global warming, information on how tree species diversity can influence the response of forest ecosystems to extreme climatic events such as drought are urgently needed. In this framework, the objective of my PhD thesis was to determine how tree species diversity influences important functions of the water and carbon cycle including transpiration, carbon isotope composition and water extraction depth at the tree- and ecosystem-Scale under contrasting soil water conditions. My work was conducted within the FunDivEUROPE project in a network of permanent forest stands and tree plantations across a North-South gradient in Europecovering a wide range of climatic conditions. I found considerable variability among species or forest types in the response of transpiration and carbon isotope composition at the tree- and ecosystem-Scale across Europe. Species diversity did not affect the water and carbon relations of tree species and forest ecosystems under non-Limiting soil water conditions. However, a strong effect of species diversity was observed under drought conditions in some forest types. Based on these data, I discuss the potential mechanisms of species interactions that may explain the observed patterns. I also point out that the influence of species diversity is highly context-Dependent, and changes with local environmental and climatic conditions. In terms of forest management applications, I suggest that, at least in some regions, controlling for tree species diversity along with stand density and total basal area could be recommended to help forests adapt to drier conditions

L’objectif est de distinguer les îlots boisés relictuels des néoformés dans une matrice agricole, de les recenser avant de les caractériser et d’évaluer leur biodiversité et pour finir d’en tirer un modèle. La méthode associe le recours aux archives et aux photographies aériennes à l’enquête de terrain (1996-2007). L’approche cartographique s’est faite par analyse régressive (2004-1620). Le seuil temporel permet de reconnaître 152 îlots (<50ha) dont l’existence est attestée avant 1620. L’analyse régressive s’appuie sur le réseau viaire, élément fixe et structurant du paysage, pour cartographier les petits bois.On constate une forte relation entre la localisation des îlots relictuels, les tracés antiques et les chemins médiévaux. La caractérisation et l’évaluation de la biodiversité des relictuels s’effectuent selon une démarche spatio-temporelle pluriscalaire, et à partir d’une comparaison avec les îlots néoformés. L’analyse à partir de la canopée informe sur la texture de la couverture boisée et la dynamique du manteau forestier, sur les coupes, les lisières et le réseau viaire intraforestier. L’analyse de la structure interne porte sur la diversité taxinomique et la diversité écologique des espèces végétales et des espèces aviaires indicatrices. Ces analyses font apparaître la spécificité des relictuels, dont est proposé un modèle. Il s’agit soit de fragments de forêts anciennes, soit en plus grand nombre de formations boisées secondaires mais anciennes, gallo-romaines, mérovingiennes ou médiévales. / The purpose is to distinguish the relictual forest islands from the recent ones in an agricultural matrix; to inventory and characterize them and to assess their biodiversity, and eventually to develop a model. The method combines the resort to archives and aerial photographs with field studies (1996-2007). The mapping approach has been based on regression analysis (2004-1620). The time threshold has made it possible to identify 152 woodlots (<50ha) which presence was attested before 1620. The regression analysis to map the wood patches has been based on the path network, which is a fixed and structuring element of the landscape. There is a strong relation between the location of the relictual forest islands, the antique tracks and the medieval paths. The characterization and assessment of the relictual forest islands biodiversity have been carried out following a time and space pluri-scalar approach and from a comparison with recent forest islands. The analysis was based on the shapeless canopy, the texture and dynamics of the forest cover, the cuttings, the edges and the internal forest path network. The analysis of the internal structure focuses on the taxonomic diversity and the ecological diversity of the plant species and the indicator bird species. These analyses have stressed the specificity of the relictual forest islands, a model of which has been developed. They are either fragment of ancient forests, or, in most cases, secondary but old forest forms from the Gallo-Roman, Merovingian or medieval time.