Dans les territoires de montagne en Europe, les paysages évoluent sous l’effet d’une double dynamique : l’augmentation du couvert forestier et l’intensification des paysages agricoles. A partir d’un cas d’étude, le Mont Lozère, nous montrons comment ces deux dynamiques peuvent rentrer en tension, en explorant la question des choix sociaux liés aux dynamiques paysagères. Nous développons dans cette thèse un cadre conceptuel original, qui associe le concept de service écosystémique avec celui de l’état de référence, que nous avons mis en oeuvre par une démarche compréhensive et un dispositif de recherche-action. A travers l’étude des représentations, nous avons mis à jour un glissement de l’état de référence au sein des paysages agricoles, perçu différemment par les acteurs. Nous avons ensuite révélé les mécanismes sous-jacents aux choix liés aux dynamiques des paysages agricoles, ce qui nous a permis d’identifier un besoin de concertation autour de l’état de référence. Nous y avons répondu par une proposition concrète à travers un jeu de rôles, destiné à mettre les acteurs en situation d’apprentissages et à les accompagner vers des choix plus concertés. Notre contribution porte à la fois sur la question de la conciliation de différents objectifs dans les aires protégées, le rôle de l’état de référence dans la gouvernance des paysages et la plus-value scientifique et opérationnelle du concept de service écosystémique.

Il est maintenant établi que les changements anthropiques d'utilisation des terres (déforestation, irrigation, agriculture ...), les modifications de la biodiversité et les changements climatiques sont autant de facteurs qui, seuls ou en combinaison, sont à la base de modifications de l'équilibre des écosystèmes qui peuvent contrôler l'émergence de maladies infectieuses dans les populations animales et humaines, et leur patterns de transmission. De plus, bien que le niveau mondial d'émission de certains polluants ait baissé depuis quelques années suite aux législations mises en place, les contaminants chimiques de nature (éléments traces métalliques, polluants organiques persistants, radionucléides, polluants dits émergents tels que les nanoparticules ...) et d'origine (industrie, agriculture, production et utilisation de l'énergie ...) diverses sont encore largement introduits dans les écosystèmes. Les travaux présentés sont le fruit d'une approche systémique, écologique et éco-épidémiologique de la transmission de contaminants biologiques et chimiques dans les réseaux trophiques et des mécanismes écologiques qui y président. Ma contribution a consisté à documenter, à des niveaux de perception spatiaux allant de la région à la parcelle, dans l'Est de la France et en Chine, les interactions entre paysage et structure et dynamique des communautés de micromammifères, la réponse alimentaire des prédateurs aux variations de disponibilité de la ressource alimentaire (les micromammifères en l'occurrence), et les conséquences de ces facteurs, ainsi que d'autres facteurs liés à certains traits d'histoire de vie des hôtes, dans les mécanismes de transmission du parasite Echinococcus multilocularis. La seconde problématique sur laquelle j'ai plus récemment développé des recherches consiste à comprendre les mécanismes qui modulent l'exposition des micromammifères aux éléments trace métalliques (ETM) par voie trophique, notamment à travers l'analyse des variations spatiales et temporelles de régime alimentaire, dans des anciens sites industriels contaminés à l'arsenic (Sud de la France), au plomb et au cadmium (Nord de la France). Ces résultats illustrent : * L'existence d'au moins deux mécanismes de contrôle du niveau de transmission d'E. multilocularis chez le renard, l'un guidé principalement par les variations de densité des hôtes intermédiaires et l'autre par les variations de densité de l'hôte définitif. * L'importance de considérer la non-linéarité dans les mécanismes de transmission d'E. multilocularis, et le découplage entre patterns de réponse alimentaire et de réponse parasitaire chez le prédateur-hôte (ici le renard). * L'importance du contexte paysager dans la dynamique du cycle parasitaire d'E. multilocularis. * La variabilité liée au contexte paysager, à la saison et à la dimension spatiale dans l'exposition des micromammifères aux ETM par voie trophique. * La très grande puissance et capacité de discrimination taxonomique de la technique moléculaire de metabarcoding dans l'analyse du régime alimentaire de micromammifères, ouvrant la voie au test d'hypothèses écologiques innovantes.

Un des impacts importants des autoroutes sur l'avifaune est la mortalité due au trafic. Pour mesurer cette mortalité et évaluer les facteurs qui l'influencent, il faut tenir compte des biais importants affectant les comptages des cadavres sur la chaussée, et notamment leur rapide disparition due au trafic et au charognage. Lors de cette thèse, le nombre de tués a été évalué par des méthodes de capture-marquage-recapture d'après des comptages des cadavres en voiture et à pied sur des autoroutes du sud-ouest de la France. Les résultats montrent que les comptages de cadavres, et donc les estimations de tués, sont influencés par le statut taxonomique, la masse des cadavres, leur fraîcheur, et la saison, en lien notamment avec l'activité des charognards. La chouette effraie et certains turdidés sont les plus tués par le trafic. Ayant testé par GLM divers traits spécifiques (densités des passeriformes à proximité, régimes alimentaires, morphométrie, statut sédentaire/migrateur, capacité d'apprentissage), seul la distance de fuite apparaît influencer la mortalité liée au trafic. La prise en compte des facteurs environnementaux montre que les strigiformes sont plus souvent tués près des bermes mixtes, les passeriformes plus souvent tués près des bermes arborées, les deux moins souvent dans les profils en déblais. Déblais et merlons acoustiques en terre, abattage (ou non plantation) des arbres proches au droit des points noirs de collision des oiseaux, constituent des mesures efficaces de réduction de la mortalité.

Depuis le début du 20ième siècle, les changements d'usage des terres, la disparition des prédateurs et les régulations de la chasse ont provoqué une augmentation des populations de cervidés dans les forêts tempérés et boréales. Ce phénomène, qui est un grand succès de la conservation de ces espèces, a toutefois conduit à des surabondances qui ont entrainé des effets négatifs en cascades sur la végétation et les communautés animales qui en dépendent. J'ai utilisé l'expérience naturelle qu'est l'introduction du cerf à queue noire sur l'archipel d'Haïda Gwaii pour étudier les conséquences de sa surabondance sur un écosystème tempéré peu perturbé par les activités anthropiques. J'ai ainsi pu mettre en évidence les contrôles descendants directs et indirects qu'exerce l'herbivore sur les Bryophytes (positifs), les plantes vasculaires (négatifs) et sur l'avifaune (négatifs) quand il n'est pas limité par les prédateurs ou la chasse. J'ai complété ces résultats par une analyse régionale sur 20 ans pour montrer que la perte de biodiversité enclenchée par la surabondance de ces cerfs était un phénomène d'érosion continu se prolongeant bien au-delà de l'impact initial. A l'échelle de l'Amérique du Nord, j'ai ensuite pu montrer, conformément aux prédictions faite à partir des études locales, qu'il existait une relation entre surabondance des populations d'ongulés et déclin de l'avifaune du sous-bois du continent. Enfin, j'ai analysé les suivis d'une expérience de réduction des densités de cerfs entamée sur deux îles il y a 13 ans. La végétation et l'avifaune se sont partiellement reconstituées démontrant qu'il est possible (1) de restaurer les réseaux trophiques fortement modifiés et (2) qu'une telle restauration si elle est possible prendra du temps et ne convergera pas (rapidement) vers un état initial. Afin de limiter les conséquences dommageables provoquées par la surabondance des cervidés, la conservation des prédateurs et l'augmentation de la chasse doivent être favorisés.

Les éléments transposables (ET) sont l'une des principales forces guidant l'évolution des génomes. La présence de copies dégradées a permis de bien caractérisée la dynamique des ET eucaryotes. A contrario, chez les procaryotes, les ET sont considérés comme récents, ce qui complique l'étude de leur dynamique. Les séquences d'insertion (IS) sont les ET procaryotes les plus abondants. Les modèles prédisent que les IS, arrivés par transferts horizontaux, subissent une forte augmentation de leur nombre, puis sont éliminés. De plus, les modèles prédisent que les génomes des bactéries intracellulaires devraient avoir peu ou pas d'IS. Le séquençage des génomes de bactéries intracellulaires obligatoires, comme Wolbachia, a remis en cause les modèles, car certains ont une grande quantité d'IS. Notre travail portait sur l'étude des génomes de cinq souches de Wolbachia ayant des caractéristiques diverses. Nous avons réalisé une annotation détaillée des IS pour chaque génome et testé nos hypothèses basés issues de l'analyse in silico sur un panel de souches. Nous avons confirmé que les génomes de Wolbachia ont une forte abondance d'IS. La majorité des copies d'IS étaient dégradées, ce qui a permis d'étudier leur dynamique. L'activité passée des IS de Wolbachia n'a pas été constante au cours du temps avec des alternances de phases de forte activité et de quiescence. Les phases de forte activité doivent être précédées de transferts horizontaux, qui ont été expérimentalement détectés en abondance. Enfin, des analyses d'expression suggèrent que l'activité des IS n'est pas uniquement contrôlée par les éléments eux-mêmes, mais dépend également de l'environnement génomique des copies.

Les Infrastructures de Transport Terrestre (ITT), c'est-à-dire les routes et les lignes ferroviaires, sont une des principales causes du déclin de la biodiversité. En France, les évaluations environnementales des projets d'ITT ont permis des progrès dans la prise en compte des impacts sur les milieux naturels, mais elles présentent des limites. Leur contenu est basé sur des données qualitatives prenant encore peu en considération les processus écologiques et leurs échelles spatio-temporelles. La thèse élabore trois méthodes complémentaires permettant le développement d'une évaluation quantitative des impacts des projets sur les milieux. Celles-ci sont définies suivant trois échelles écologiques, l'état prévisionnel des habitats, la sensibilité des écosystèmes, et l'organisation spatiale de l'écocomplexe dans le territoire. La première est basée sur un modèle spatio-temporel de taux de dégradation des écosystèmes. Elle identifie l'ensemble des effets potentiels des projets aux stades construction, exploitation et entretien afin d'en caractériser les effets majeurs. La seconde méthode élabore des indicateurs basés sur les impacts. La chaîne de causalité des effets sur les cibles de l'écosystème est quantifiée par l'algorithme PageRank® et identifie la plus pertinente pour la recherche d'indicateurs. Certains indicateurs, peu documentés dans la bibliographie internationale donnent lieu à des études de terrain sur les populations d'arthropodes, de rhopalocères et de chiroptères en milieu forestier. La troisième méthode replace les écosystèmes dans un paysage et propose la notion de coût écologique des projets. Le coût représente l'ensemble des vulnérabilités des milieux naturels traversés.

Caractérisé par des eaux oligotrophes à mésotrophes, le lagon Sud Ouest de Nouvelle-Calédonie reçoit une part importante des effluents urbains de la ville de Nouméa. L'objectif de ce travail était d'évaluer les réponses des communautés phytoplanctoniques et bactériennes aux apports en nutriments dans ce système côtier lagonaire tropical. Un suivi annuel montre une faible saisonnalité des biomasses et productions bactériennes et phytoplanctoniques avec des maxima en Décembre-Janvier (été austral) et Avril-Mai et un minimum en Août, pendant l'hiver austral. Cette tendance saisonnière est entachée par d'importantes fluctuations à court terme de ces variables, vraisemblablement induites par le renouvellement des eaux lagonaires par les eaux océaniques sous l'influence du vent. Les gradients en nutriments au voisinage de Nouméa sont observables à ces 3 périodes caractéristiques. Elles ont donc été choisies pour évaluer la réponse des communautés bactérienne et phytoplanctonique aux enrichissements en nutriments. L'azote semble être l'élément limitant la production phytoplanctonique. La biomasse phytoplanctonique et la production primaire augmentent sensiblement en réponse aux accroissements en nutriments et cette stimulation s'accompagne d'une augmentation de la taille moyenne du phytoplancton. La production bactérienne augmente proportionnellement plus que la production primaire et la demande bactérienne en carbone excède largement la production primaire particulaire planctonique aux stations les plus enrichies. Au sein du picophytoplancton, les Prochlorococccus dominent largement dans les eaux océaniques proches et aux stations lagonaires les plus oligotrophes et sont remplacés par les Synechococcus et des picoeucaryotes autotrophes aux sites les plus enrichis. Au sein du nano- et du microphytoplancton, les peuplements des eaux oligotrophes dominés par les coccolithophoracées et les dinoflagellés sont remplacés par des peuplements où les diatomées prédominent aux sites les plus eutrophisés. La structure des communautés bactériennes étudiée par T-RFLP ne montre pas de variations spatiales importantes des communautés bactériennes libres et attachées aux particules, excepté dans les fonds de baie les plus altérés par les apports nutritifs. En une station représentative des conditions lagonaires, la structure des communautés bactériennes libres reste stable au cours de l'année et n'apparaît pas liée à la production bactérienne. A l'opposé, la structure des communautés bactériennes attachées aux particules montre d'importantes variations à court terme.

Les rodenticides anticoagulants (RA) constituent le principal moyen de lutte contre les rongeurs. L'exposition aux RA du renard roux et l'impact des RA sur les populations de ce prédateur sont étudiés. En France, on distingue un contexte " biocide " (BCD) où les RA sont principalement utilisés près des bâtiments et un contexte " phytopharmaceutique " (PP) où la bromadiolone (un RA) est également utilisée en plein champs contre le campagnol terrestre. La contamination des rongeurs aux RA est mesurée : 5 RA sont détectés en contexte BCD alors que la bromadiolone est la molécule majoritaire en contexte PP ; les espèces de rongeurs non ciblées par les RA étant exposées dans les 2 contextes. L'exposition est maximale chez les espèces ciblées ou celles au mode de vie similaire. L'exposition du renard est évaluée par la mesure des résidus de RA dans des fèces collectées in situ. La bromadiolone est retrouvée dans 97 % des fèces positives et les RA sont plus retrouvés dans les fèces en cas de traitements PP. En contexte PP, le ratio de fèces positives augmente non linéairement avec la surface traitée dans un rayon d'1 km autour des fèces. L'impact des traitements PP sur les populations de renards est évalué (période 2003-2009, département du Doubs). Les indices d'abondance de renard mesurés sur une commune le printemps d'une année n diminuent avec l'augmentation des quantités d'appâts utilisées les années n-1 et n-2. Pendant la période suivie, la mise en place d'une lutte intégrée contre le campagnol terrestre s'est traduite par une diminution des quantités d'AR utilisées et donc par une diminution des impacts sur les populations de renards.

Les phénomènes étudiés par les sciences de la biodiversité sont complexes. Que peut apporter un chercheur, de son point de vue particulier, d'un champ d'investigation réduit, et de par ses moyens limités, à la compréhension de tels phénomènes ? Le sujet de ce mémoire s'inscrit dans ce registre, tout en précisant : " Quelle est la situation des analyses de la diversité génétique dans la recherche en écologie ? "

L'acidification des océans (AO) est un phénomène induit par l'augmentation de la pression partielle en CO2 (pCO2) atmosphérique d'origine anthropique caractérisé par une diminution du pH de l'eau de mer et une modification des paramètres de la chimie des carbonates. L'AO est susceptible d'impacter toutes les espèces marines mais les organismes calcifiants y seraient les plus sensibles. Dans le cadre de cette thèse, les réponses physiologiques des algues Corallinacées (algues rouges calcaires) et de la crépidule (mollusque gastéropode) ont été étudiées sous des conditions de pCO2 actuelles et prévues pour la fin du siècle. Les réponses des Corallinacées à l'AO en termes de production primaire et de calcification ont varié suivant les espèces, d'une absence de réponse chez Corallina elongata à une diminution de 80% de la calcification nette journalière chez le maërl Lithothamnion corallioides. La crépidule est en revanche une espèce très tolérante à l'augmentation de la pCO2. Aucune dépression métabolique n'a été observée chez les adultes malgré une diminution de la calcification nette induite par l'augmentation de la dissolution de la coquille externe. La taille des jeunes stades de son cycle de vie (embryons et larves) a été réduite sous conditions de pCO2 élevées mais aucune diminution de la respiration ou mortalité importante n'a été observée. Ces espèces calcifiantes ont une importance écologique majeure au sein des écosystèmes côtiers de Manche et Atlantique nord-est. Les changements physiologiques induits par l'AO sur ces espèces clé sont susceptibles de modifier les flux de matière et d'énergies au sein des écosystèmes dans lesquels elles sont des espèces ingénieures.