RESUME Les données phytogéographiques reflètent la variabilité spatiale de la diversité des espèces et constituent donc un outil important dans le développement des politiques de conservation. Afin de stimuler et de valoriser le concept des systèmes phytogéographiques, cette étude dont le thème est «Analyse des structures spatiales des données de distribution phytogéographique des Acanthaceae en Afrique centrale» s’est donnée pour but (1) d’analyser la distribution spatiale de la famille des Acanthaceae en Afrique Centrale (R.D. Congo, Rwanda, Burundi) ; (2) de comparer cette distribution avec les théories phytogéographiques de Robyns (1948), White (1979, 1986) et Ndjele (1988); (3) d’utiliser les modèles de distribution spatiale comme support (outil) pour évaluer l'impact humain sur le paysage et la diversité; (4) d’identifier les espèces indicatrices potentielles des territoires phytogéographiques; (5) de mettre en évidence le phénomène de vicariance; et (6) de quantifier l’impact de la fragmentation du paysage forestier en Afrique centrale. Dans cette étude, deux niveaux de résolution spatiale ont été considérés: les systèmes phytogéographiques et les systèmes de maillage. Un système d’information géographique a été utilisé pour réaliser des cartes de distribution spatiale de chaque espèce. Le choix des Acanthaceae de l’herbier du Jardin Botanique National de Belgique (BR), a été dicté par le faite qu’elle a subit une révision systématique et par le nombre important de ses échantillons. L’aspect floristique a révélé 9181 échantillons, récoltés de 1888 à 2001 par environ 427 collecteurs en R.D. Congo, au Rwanda et au Burundi représentant 48 genres, 310 espèces et 6362 localités. La carte de distribution spatiale de l’ensemble des échantillons a mis en évidence les niveaux de prospection. Certains territoires phytogéographiques ont été plus explorés que d’autres. Les entités phytogéographiques les plus explorées et donc les plus diversifiées sont le centre régional d’endémisme Afromontagnard, incluant la Mosaïque régional du lac Victoria, et le centre régional d’endémisme Zambézien. Les cartes de distribution de chaque espèce mettent en évidence les patrons de distribution spatiale. Certaines espèces ont une large distribution alors que d’autres sont inféodées à certaines zones spécifiques. Ces dernières, qualifiées « d’espèces uniques » ou « espèces caractéristiques » peuvent être utilisées comme des bio-indicateurs pour stimuler et valoriser le concept de systèmes phytogéographiques dans la politique de la conservation. En utilisant uniquement la famille des Acanthaceae, il a été montré que l’impact de la fragmentation du paysage forestier est très important. Les espèces inféodées à une région phytogéographique sont des espèces vulnérables. Elles peuvent disparaître si leur biotope est détruit. La distribution potentielle, basées sur les localités de récolte et les variables environnementales, ont été réalisées afin de mieux déterminer les niches écologiques des espèces et les cas de vicariance. Deux types de vicariance ont été mis en évidence à travers les systèmes phytogéographiques de Robyns (1948) et de White (1979, 1986), au niveau générique et spécifique: la vicariance écologique et la vicariance géographique. La vicariance écologique s’applique aux espèces ou sous-espèces récoltées dans les mêmes territoires phytogéographiques tandis que la vicariance géographique concerne les espèces ou sous-espèces récoltées dans des territoires phytogéographiques séparés. L’analyse des cas de vicariance a mis en relief les zones de spéciation. L'analyse de classification hiérarchique a montré que les Acanthaceae suivent mieux le système phytogéographique de White (1979, 1986) que ceux proposés par Robyns (1948) et Ndjele (1988). Pour mieux valoriser cette approche, cette méthodologie doit être appliquée à d’autres familles largement récoltée en R.D. Congo, au Rwanda et au Burundi comme la famille des Rubiaceae, des Mimosoideae, afin de (1) synchroniser toutes les bases de données pour mieux mettre en évidence le degré d’exploration, les espèces à amplitude écologique restreinte (espèces uniques) et (2) de permettre d’identifier des zones prioritaires pour la conservation. ABSTRACT Phytogeographic data reflect the spatial variability of plant diversity and constitute consequently a potential tool for conservation policy development. In order to stimulate and valorise the concept of phytogeographic systems, this dissertation entitled “Analysis of the spatial pattern of phytogeographic data of Acanthaceae in Central Africa” aims (1) to analyse the spatial distribution of the Acanthaceae family in Central Africa (Democratic Republic of the Congo, Rwanda, Burundi); (2) to compare this distribution with the known phytogeographic theories of Robyns (1948), White (1979, 1986) and Ndjele (1988); (3) to use the spatial distribution models as a tool for evaluating the human impact on landscapes and diversity; (4) to identify potential indicator species of the phytogeographic territories; (5) to evidence the phenomenon of vicariance; and (6) to quantify the impact of the fragmentation of forested landscapes in central Africa. In this study, two levels of spatial resolution have been considered: the phytogeographic systems themselves and a system of grid cells. A geographic information system has been used to draw maps of the spatial distribution of every species. The choice to analyse the Acanthaceae family of the herbarium of the National Botanical Garden of Belgium (BR) has been justified by the systematic revision of this collection and by its huge number of samples. The data set contained 9181 samples, collected between 1888 and 2001 by about 427 collectors in the Democratic Republic of the Congo, Rwanda and Burundi ; the samples represented 48 genera, 310 species and 6362 geographic positions. The maps showing the spatial distribution of all samples pooled evidenced the different levels of exploration of the study area. Certain phytogeographic territories have been explored more intensely than others. The mostly explored zones, consequently also denoted as the most diverse ones, were the Afromontane regional centre of endemism, including the regional mosaic of Lake Victoria, and the Zambezian regional center of endemism. Species distribution maps evidenced the spatial patterns of species presence. Certain species showed an overall distribution while others were clearly bound to particular territories. The latter species, denoted as “unique species” or “characteristic species” could be used as bio-indicators to stimulate and valorise the concept of the phytogeographic systems in the framework of conservation policy development. By means of the Acanthaceae family, it has been shown that the impact of forest fragmentation will be considerable; species bound to a specific phytogeographic zone are assumed vulnerable; they will disappear when their biotopes are destroyed. The potential distribution of the species, based on the geographic position of the samples and on environmental data, have been generated in order to describe more precisely the ecological niches of the species involved and to detect cases of vicariance. Two types of vicariance have been found using the phytogeographic territories of Robyns (1948) and White (1979, 1986) at the genus and the species levels: ecological vicariance and geographic vicariance; the former type involves species or subspecies observed in the same phytogeographic region while the latter type involves species and subspecies not found in the same territory. This analysis enabled us to identify zones of speciation. A cluster analyses showed that the spatial distribution of the Acanthaceae data corresponded more closely to the phytogeographic system of White (1979, 1986), than to those proposed by Robyns (1948) or Ndjele (1988). In order to valorise our approach, the current methodology should also be applied to other families widely collected in the Democratic Republic of the Congo, Rwanda and Burundi, such as the Rubiaceae or Mimosoideae families, this (1) to synchronise all data bases for a more profound understanding of the degree of exploration and of the existence of species with a limited ecological amplitude (unique species), and (2) to enable the identification of zones that should be prioritised for conservation.

L'urbanisation et la construction d'infrastructures de transports sont aujourd'hui la première cause de baisse de diversité. De par la perte d'habitat et la fragmentation du paysage qu'ils engendrent, ces ouvrages impactent les populations. Notre travail a cherché à évaluer, sur une espèce aux exigences écologiques complexes, les impacts prévisibles de la mise en place d'une Ligne à Grande Vitesse (LGV) et leurs conséquences. Nous avons étudiés la population d'Outarde canepetière Tetrax tetrax des Costières de Nîmes. A l'échelle de son aire de répartition, cette population fait figure d'exception : elle atteint localement des densités-records et développe des patterns de distributions jusqu'alors jamais rencontrés chez l'espèce. Nous avons cherché à identifier les variations locales de distribution et leur corrélation avec les paramètres d'habitat selon une grande gamme d'échelle spatiale, afin de modéliser les patterns de distribution attendus et les impacts prévisibles de la future infrastructure. / Urbanization and increasing transport infrastructure construction are known as the main cause of biodiversity loss. By habitat loss and landscape fragmentation they cause, these structures impact populations. Our work sought to assess, on a case of complex ecological requirements, foreseeable impacts of the establishment of a High Speed Line (HSL) and their consequences. We studied the population of Little Bustard Tetrax Tetrax of the Costières nîmoise area. Within its own range scale, this population is an exception: it reaches locally unusually high densities and develops distributions patterns never met previously. We sought to identify local variations in distribution and their correlation with habitat parameters in a wide range of spatial scales, to model the expected distribution patterns and expected impacts of future infrastructure.

La région méditerranéenne, hot-spot de biodiversité avec un fort taux d'endémisme, est classée parmi les zones les plus touchées par le changement climatique. La conservation des espèces nécessite de comprendre finement leur démographie face à ces changements, mais aussi leur capacité à s’adapter à ces nouvelles conditions. Au cours de cette thèse, deux espèces végétales rares méditerranéennes ont été étudiées, Centaurea corymbosa et Brassica insularis, en utilisant des modèles mathématiques récents pour analyser des suivis démographiques de long-terme (22 ans et 18 ans). Dans la première partie de cette thèse, des modèles de projection matriciels ont été construits afin d’analyser la variation spatio-temporelle des taux d’accroissement des populations de C. corymbosa. Cela a permis d'identifier les facteurs climatiques clefs qui impactent les taux d’accroissement des populations, et plus finement, les paramètres de survie, de floraison et de fécondité. Une analyse de viabilité des populations a été réalisée sous différents scénarios climatiques. Dans un second temps, une analyse de la capacité des populations de C. corymbosa à répondre à ces changements climatiques a été effectuée avec un modèle de projection intégral. Les changements des traits d’histoire de vie au cours du temps ont montré que la stratégie de floraison observée répond aux variations climatiques en suivant la même direction que la stratégie optimale. Ceci montre que les populations sont capables de s’adapter au changement climatique. Enfin, des modèles de capture-recapture (CR) ont été construits afin de déterminer l’influence de la faible détectabilité des individus sur l’estimation des paramètres démographiques chez B. insularis. Les probabilités de survie estimées par l’approche classique sont inférieures à celles estimées par les modèles CR. Les paramètres estimés par les deux approches sont en général très corrélés, à l'exception d'une population montrant des problèmes d'identification des individus. L'ensemble de cette thèse est replacé dans le cadre de la biologie de la conservation des espèces végétales, notamment en suggérant de prendre en compte leur capacité de réponse au changement climatique. / Mediterranean region is a biodiversity hot-spot with a high endemism rate and is classified among the areas most sensitive to climate change. Deep understanding of demography and evolution following these changes is a necessity for species conservation. During this thesis, two rare Mediterranean plant species have been studied, Centaurea corymbosa and Brassica insularis, using recent mathematical models to analyse long term demographic datasets (22 and 18 years). In the first part of this thesis, matrix projection models have been used to analyse spatio-temporal variation in population growth rate in C. corymbosa. Major climatic parameters that impact population growth rate and survival, flowering and fecundity have been identified. A population viability analysis has been performed under various climatic scenarios. In a second part, an analysis of the population ability of C. corymbosa to response to these climatic changes has been performed using integral projection models. Temporal variation of life-history traits showed that the realized flowering strategy varied with climatic conditions following the same direction than the optimal flowering strategy. It can thus be concluded that the studied populations can adapt to climatic changes. Finally, capture-recapture models have been applied on the Brassica insularis dataset to analyse the effect of plant detectability on demographic parameter estimations. Survival probabilities obtained with the classical approach are lower than the ones estimated using the CR models. However, the parameters estimated using both methods are highly correlated, except for one population where individual identification is problematic. Results of this thesis are linked to some considerations in conservation biology of plants, particularly in link to their ability to respond to climatic changes.

Cette thèse avait pour objectif principal d'approfondir nos connaissances sur l'écologie des différents types de milieux humides lacustres afin d'optimiser leur conservation. Pour ce faire, j’ai étudié la résilience, les fonctions et les services écologiques (FSE), ainsi que la biodiversité de trois types de milieux humides lacustres. Ces milieux humides sont riverains au lac Papineau, qui est situé dans la réserve naturelle de Kenauk Nature, entre les Laurentides et l’Outaouais. Cette thèse combine des approches globales, multifonctionnelles et ciblées, axées sur la conservation des milieux humides et de leur biodiversité. Dans mon premier chapitre, j'ai d’abord identifié les déterminants écologiques de la typologie des trois types de milieux humides étudiés : des tourbières, des aulnaies (marécages arbustifs) et des frênaies (marécages arborescents). À l’aide de données récoltées sur le terrain et de données cartographiques, j'ai quantifié 12 prédicteurs hydrogéomorphologiques (HGM) et j'ai pu identifier la pente et l'élévation comme étant les déterminants écologiques les plus importants. Mes résultats ont également apporté des nuances supplémentaires quant aux variables associées à chaque type de milieu humide. En utilisant ces 12 prédicteurs HGM, j'ai créé un modèle de forêts d’arbres décisionnels capable de prédire à la fois la présence des milieux humides lacustres et leur typologie. Ce modèle a permis de prédire avec une précision de 89 % la typologie des sites étudiés, ce qui en fait un outil intéressant pour étudier la répartition des milieux humides riverains à d'autres lacs. J'ai également utilisé ce modèle pour simuler différents scénarios de changements du niveau d'eau, mettant en évidence la résilience des tourbières et des aulnaies, ainsi que la vulnérabilité des frênaies, aux changements globaux. Dans mon second chapitre, j'ai quantifié huit FSE à l'aide de 25 indicateurs différents, dont 15 ont été quantifiés à partir de données terrain. J'ai ensuite développé une approche multifonctionnelle permettant d'étudier simultanément toutes les interactions de synergies et de compromis entre les indicateurs de FSE et les trois types de milieux humides. Mes résultats ont montré que chaque type de milieu humide maximise différentes FSE, mais que le choix des indicateurs influence considérablement les patrons de synergies et de compromis. Bien que certains types de milieux humides maximisent les mêmes FSE, ils le font à travers différents mécanismes écologiques. Enfin, la biodiversité floristique et faunique (plantes, oiseaux, poissons, zooplanctons et insectes chanteurs) présentait les patrons d'interaction les plus diversifiés, chaque type de milieu humide maximisant différents aspects de la biodiversité. Dans mon troisième chapitre, j'ai optimisé l'approche des espèces clés (keystone species) pour permettre son utilisation en conservation afin d’identifier les espèces indicatrices de la biodiversité. Pour cela, je me suis basée sur l’approche la plus récente proposée dans la littérature et j'ai identifié les éléments qui limitaient son utilisation pour les praticiens et les praticiennes. J'ai ensuite proposé des modifications pour surmonter ces limites. Ces modifications ont permis : 1) d'élargir l'utilisation de cette approche aux données d'inventaires terrain, 2) d'identifier les espèces ayant un impact négatif sur la biodiversité, et 3) de définir des seuils rigoureux pour identifier les espèces clés au sein d'une communauté. J'ai ensuite testé cette approche sur les communautés de plantes, d'oiseaux et de poissons des milieux humides échantillonnés dans le cadre de cette thèse. Mes résultats ont montré que cette approche permettait d'identifier des espèces possédant effectivement des caractéristiques écologiques expliquant leur importance dans l'augmentation ou la diminution de la biodiversité. Ensemble, les trois approches présentées dans cette thèse offrent une perspective intégratrice de la conservation des milieux humides lacustres. Les méthodes qui y sont proposées représentent des outils intéressants, qui ont le potentiel d’optimiser notre gestion du territoire à court et à long terme, mais aussi à petite et à grande échelle. / The main objective of this thesis was to deepen our understanding of the ecology of different types of lake-edge wetlands to optimize their conservation. To achieve this, I studied the resilience, the ecosystem functions and services (EFS), and the biodiversity of three types of lake-edge wetlands. All studies wetlands were riverine to Lake Papineau, which is located in a Kenauk Nature natural reserve, between the Laurentides and Outaouais regions. This thesis therefore combines a global, a multifunctional, and a targeted approach, all focused on wetland conservation. In my first chapter, I first identified the ecological determinants of the typology of the three types of wetlands studied: peatlands, alder swamps (shrub swamps), and ash swamps (trees swamps). Using both data collected on the field and map data, I quantified 12 hydrogeomorphological (HGM) predictors and identified slope and elevation as the most important ecological determinants. My results also provided additional nuances regarding the variables associated with each wetland type. Using these 12 HGM predictors, I then created a Random Forest model capable of predicting both the presence of lake-edge wetlands and their typology. This model predicted the typology of the studied sites with 89 % accuracy, making it an interesting tool to study the distribution of lake-edge wetlands along the shore of other lakes. I also used this model to simulate different scenarios of water level changes, highlighting the resilience of peatlands and alder swamps, as well as the vulnerability of ash swamps, to global changes. In my second chapter, I quantified eight EFS using 25 different indicators, with 15 indicators quantified using field data. I developed a multifunctional approach to simultaneously study all the synergies and trade-offs between the EFS indicators and the three wetland types. My results showed that each wetland type maximizes different EFS, and that the choice of indicators significantly influences the patterns of synergies and trade-offs. Although some wetland types maximized the same EFS, they do so through different ecological mechanisms. Finally, biodiversity exhibited the most diverse interaction patterns, with each wetland type maximizing different aspects of it. In my third chapter, I optimized the keystone species approach to allow its use in conservation to identify indicator species for biodiversity monitoring. To do so, I relied on the most recent approach proposed in the literature and identified the elements that limited its use for practitioners. I then proposed modifications to overcome these limitations. These modifications allowed 1) to expand the use of this approach to field inventory data, 2) to identify species that have a negative impact on biodiversity, and 3) to define rigorous thresholds to identify keystone species within a community. I then tested this approach on plant, bird, and fish communities in the wetlands sampled in this thesis. My results showed that this approach effectively identified species with ecological characteristics that explained their importance in increasing or decreasing biodiversity. Together, the three approaches presented in this thesis provide an integrative perspective on the conservation of lake-edge wetlands. The methods I propose represent interesting tools that have the potential to optimize land management in the short and long term, as well as at small and large scales.

Les données phytogéographiques reflètent la variabilité spatiale de la diversité des espèces et constituent donc un outil important dans le développement des politiques de conservation. Afin de stimuler et de valoriser le concept des systèmes phytogéographiques, cette étude dont le thème est «Analyse des structures spatiales des données de distribution phytogéographique des Acanthaceae en Afrique centrale» s’est donnée pour but (1) d’analyser la distribution spatiale de la famille des Acanthaceae en Afrique Centrale (R.D. Congo, Rwanda, Burundi) ;(2) de comparer cette distribution avec les théories phytogéographiques de Robyns (1948), White (1979, 1986) et Ndjele (1988); (3) d’utiliser les modèles de distribution spatiale comme support (outil) pour évaluer l'impact humain sur le paysage et la diversité; (4) d’identifier les espèces indicatrices potentielles des territoires phytogéographiques; (5) de mettre en évidence le phénomène de vicariance; et (6) de quantifier l’impact de la fragmentation du paysage forestier en Afrique centrale. Dans cette étude, deux niveaux de résolution spatiale ont été considérés: les systèmes phytogéographiques et les systèmes de maillage. Un système d’information géographique a été utilisé pour réaliser des cartes de distribution spatiale de chaque espèce. Le choix des Acanthaceae de l’herbier du Jardin Botanique National de Belgique (BR), a été dicté par le faite qu’elle a subit une révision systématique et par le nombre important de ses échantillons. L’aspect floristique a révélé 9181 échantillons, récoltés de 1888 à 2001 par environ 427 collecteurs en R.D. Congo, au Rwanda et au Burundi représentant 48 genres, 310 espèces et 6362 localités. La carte de distribution spatiale de l’ensemble des échantillons a mis en évidence les niveaux de prospection. Certains territoires phytogéographiques ont été plus explorés que d’autres. Les entités phytogéographiques les plus explorées et donc les plus diversifiées sont le centre régional d’endémisme Afromontagnard, incluant la Mosaïque régional du lac Victoria, et le centre régional d’endémisme Zambézien. Les cartes de distribution de chaque espèce mettent en évidence les patrons de distribution spatiale. Certaines espèces ont une large distribution alors que d’autres sont inféodées à certaines zones spécifiques. Ces dernières, qualifiées « d’espèces uniques » ou « espèces caractéristiques » peuvent être utilisées comme des bio-indicateurs pour stimuler et valoriser le concept de systèmes phytogéographiques dans la politique de la conservation. En utilisant uniquement la famille des Acanthaceae, il a été montré que l’impact de la fragmentation du paysage forestier est très important. Les espèces inféodées à une région phytogéographique sont des espèces vulnérables. Elles peuvent disparaître si leur biotope est détruit. La distribution potentielle, basées sur les localités de récolte et les variables environnementales, ont été réalisées afin de mieux déterminer les niches écologiques des espèces et les cas de vicariance. Deux types de vicariance ont été mis en évidence à travers les systèmes phytogéographiques de Robyns (1948) et de White (1979, 1986), au niveau générique et spécifique: la vicariance écologique et la vicariance géographique. La vicariance écologique s’applique aux espèces ou sous-espèces récoltées dans les mêmes territoires phytogéographiques tandis que la vicariance géographique concerne les espèces ou sous-espèces récoltées dans des territoires phytogéographiques séparés. L’analyse des cas de vicariance a mis en relief les zones de spéciation. L'analyse de classification hiérarchique a montré que les Acanthaceae suivent mieux le système phytogéographique de White (1979, 1986) que ceux proposés par Robyns (1948) et Ndjele (1988). Pour mieux valoriser cette approche, cette méthodologie doit être appliquée à d’autres familles largement récoltée en R.D. Congo, au Rwanda et au Burundi comme la famille des Rubiaceae, des Mimosoideae, afin de (1) synchroniser toutes les bases de données pour mieux mettre en évidence le degré d’exploration, les espèces à amplitude écologique restreinte (espèces uniques) et (2) de permettre d’identifier des zones prioritaires pour la conservation. <p><p><p>Phytogeographic data reflect the spatial variability of plant diversity and constitute consequently a potential tool for conservation policy development. In order to stimulate and valorise the concept of phytogeographic systems, this dissertation entitled “Analysis of the spatial pattern of phytogeographic data of Acanthaceae in Central Africa” aims (1) to analyse the spatial distribution of the Acanthaceae family in Central Africa (Democratic Republic of the Congo, Rwanda, Burundi); (2) to compare this distribution with the known phytogeographic theories of Robyns (1948), White (1979, 1986) and Ndjele (1988); (3) to use the spatial distribution models as a tool for evaluating the human impact on landscapes and diversity; (4) to identify potential indicator species of the phytogeographic territories; (5) to evidence the phenomenon of vicariance; and (6) to quantify the impact of the fragmentation of forested landscapes in central Africa. In this study, two levels of spatial resolution have been considered: the phytogeographic systems themselves and a system of grid cells. A geographic information system has been used to draw maps of the spatial distribution of every species. The choice to analyse the Acanthaceae family of the herbarium of the National Botanical Garden of Belgium (BR) has been justified by the systematic revision of this collection and by its huge number of samples. The data set contained 9181 samples, collected between 1888 and 2001 by about 427 collectors in the Democratic Republic of the Congo, Rwanda and Burundi ;the samples represented 48 genera, 310 species and 6362 geographic positions. The maps showing the spatial distribution of all samples pooled evidenced the different levels of exploration of the study area. Certain phytogeographic territories have been explored more intensely than others. The mostly explored zones, consequently also denoted as the most diverse ones, were the Afromontane regional centre of endemism, including the regional mosaic of Lake Victoria, and the Zambezian regional center of endemism. Species distribution maps evidenced the spatial patterns of species presence. Certain species showed an overall distribution while others were clearly bound to particular territories. The latter species, denoted as “unique species” or “characteristic species” could be used as bio-indicators to stimulate and valorise the concept of the phytogeographic systems in the framework of conservation policy development. By means of the Acanthaceae family, it has been shown that the impact of forest fragmentation will be considerable; species bound to a specific phytogeographic zone are assumed vulnerable; they will disappear when their biotopes are destroyed. The potential distribution of the species, based on the geographic position of the samples and on environmental data, have been generated in order to describe more precisely the ecological niches of the species involved and to detect cases of vicariance. Two types of vicariance have been found using the phytogeographic territories of Robyns (1948) and White (1979, 1986) at the genus and the species levels: ecological vicariance and geographic vicariance; the former type involves species or subspecies observed in the same phytogeographic region while the latter type involves species and subspecies not found in the same territory. This analysis enabled us to identify zones of speciation. A cluster analyses showed that the spatial distribution of the Acanthaceae data corresponded more closely to the phytogeographic system of White (1979, 1986), than to those proposed by Robyns (1948) or Ndjele (1988). In order to valorise our approach, the current methodology should also be applied to other families widely collected in the Democratic Republic of the Congo, Rwanda and Burundi, such as the Rubiaceae or Mimosoideae families, this (1) to synchronise all data bases for a more profound understanding of the degree of exploration and of the existence of species with a limited ecological amplitude (unique species), and (2) to enable the identification of zones that should be prioritised for conservation. <p> / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Background: Addressing oil spills is crucial to protect the marine environment (Etkin, 2021). While physical and mechanical recovery methods have proven effective in controlling surface oil slicks (Doshi, 2018), subsurface challenges remain unaddressed. There is a need for low-cost, effective, and environmentally friendly solutions for subsurface oil removal. Bioinspired designs, based on nature’s evolutionary optimization, could offer promising solutions to oil spills. Objectives: The primary objective was to explore innovative and bioinspired approaches for effectively capturing and eliminating oil droplets from subsurface environments. The study aims to pioneer breakthroughs in biomimetic technologies for subsurface oil recovery. The objectives include developing a system inspired by humpback whales using bubbles, creating a fiber-based system inspired by copepods, and exploring sound as a separation technique for emulsions. Additionally, to decode the fluid mechanics within each capture system, unraveling the optimal processes responsible for successful oil droplet capture and separation in the emulsion simulation. And finally to assess system performance and potential for real-world scaling beyond the lab setting. Methods: A controlled environment simulating post-spill scenarios was established using different types of oil (crude oil, canola oil, fish oil). The emulsions were then exposed to three technology systems: micro-bubble redirection system, brush capture system, and sound wave modulations. The efficiency of oil removal and capture from the subsurface was measured using absorbent weight for the micro-bubble systems and lipid extraction for capture brush efficiency. High-speed camera images were taken to track oil droplet redirection in a flow tank, and ImageJ software to analyze droplet characteristics for effective control. Results: The analysis demonstrated that the Micro-Bubble air flotation method emerges as a highly efficient solution for post-spill oil recovery, consistently demonstrating exceptional performance. Cylinder-Ring Bubble Air Flotation method achieves a remarkable 72.4% recovery rate for canola oil, while fish oil exhibits a 14.0% recovery rate after 3 hours, highlighting the influence of oil viscosity. Be- 4 yond mere buoyancy, air bubbles showcase versatility, redirecting and containing oil droplets. The Micro-Bubble Redirection System, quantitatively assessed in a controlled environment, proves to be a significant breakthrough in controlling oil dispersion in aquatic settings. The biomimetic brush exhibited substantial oil capture capability. The fiber capture system at 360 RPM for 1-minute cycles, repeated 50 times, achieved over 46% oil removal. The modified brush at the same speed and duration captured over 19% of total oil. Post-treatment, the average size of oil droplets increased from 4.5 m to 5.5 m, showcasing changes in droplet size distribution with the fiber capture system. The sonic treatment effectively separated the majority of oil from water, revealing small oil droplets (x = 0.026 mm) in the central emulsion. This phenomenon warrants further investigation as a potential alternative to chemical surfactants. Conclusion: The development of biomimetic tools for oil spill clean-up represents a significant advancement in environmental protection. By addressing subsurface oil droplets, these methods contribute to safeguarding marine food webs from oil contamination. This study underscores the importance of innovative, natureinspired solutions in tackling complex environmental challenges. / Contexte : La lutte contre les déversements de pétrole est cruciale pour atténuer leur impact sur l’environnement marin (Etkin, 2021). Alors que les méthodes de récupération physique et m´ecanique se sont révélées efficaces pour contrôler les nappes de pétrole en surface (Doshi, 2018), les d´efis liés aux couches sous-marines restent non résolus. Il existe un besoin de solutions économiques, efficaces et respectueuses de l’environnement pour l’élimination du pétrole en sous-surface. Les conceptions bioinspirées, basées sur l’optimisation évolutive de la nature, pourraient offrir des solutions prometteuses aux déversements de pétrole. Objectifs : L’objectif principal était d’explorer des approches innovantes et bioinspirées pour capturer et éliminer efficacement les gouttelettes de pétrole des environnements sousmarins. L’étude vise à initier des percées dans les technologies biomimétiques pour la récupération du pétrole en sous-surface. Les objectifs incluent le développement d’un système inspiré des baleines à bosse utilisant des bulles, la création d’un système basé sur les fibres inspiré des copépodes, et l’exploration du son comme technique de séparation des émulsions. De plus, décoder la mécanique des fluides dans chaque système de capture, en démêlant les processus optimaux responsables de la capture et de la séparation réussies des gouttelettes de pétrole dans la simulation d’émulsion. Enfin, évaluer les performances du système et son potentiel de mise à l’échelle dans le monde réel au-delà du cadre du laboratoire. Méthodes : Un environnement contrôlé simulant des scénarios post-déversement a été établi en utilisant différents types de pétrole (pétrole brut, huile de colza, huile de poisson). Les émulsions ont ensuite été exposées à trois systèmes technologiques : système de redirection à micro-bulles, système de capture par brosse, et modulations des ondes sonores. L’efficacité de l’élimination et de la capture du pétrole en sous-surface a été mesurée en utilisant le poids absorbant pour les systèmes à micro-bulles et l’extraction des lipides pour l’efficacité de la brosse de capture. Des images de caméra haute vitesse ont été prises pour suivre la redirection des gouttelettes de pétrole dans 1 un réservoir à écoulement, et le logiciel ImageJ pour analyser les caractéristiques des gouttelettes pour un contrôle efficace. Résultats : L’analyse a démontré que la méthode de flottation d’air à microbulles émerge comme une solution très efficace pour la récupération d’huile après une fuite, montrant de manière cohérente des performances exceptionnelles. La méthode de flottation d’air à cylindre-anneau atteint un remarquable taux de récupération de 72,4% pour l’huile de canola, tandis que l’huile de poisson présente un taux de récupération de 14,0 % après 3 heures, mettant en évidence l’influence de la viscosité de l’huile. Au-delà de la simple flottabilité, les bulles d’air montrent leur polyvalence en redirigeant et en contenant les gouttelettes d’huile. Le système de redirection à microbulles, évalué de manière quantitative dans un environnement contôlé, s’avère être une avancée significative dans le contrôle de la dispersion de l’huile dans les milieux aquatiques. La brosse biomimétique a montré une capacité de capture substantielle de l’huile. Le système de capture de fibres à 360 tours par minute pendant des cycles d’1 minute, répété 50 fois, a atteint plus de 46% d’élimination de l’huile. La brosse modifiée à la même vitesse et durée a capturé plus de 19 % de l’huile totale. Après traitement, la taille moyenne des gouttelettes d’huile est passée de 4,5 m à 5,5 m, mettant en évidence des changements dans la distribution de la taille des gouttelettes avec le système de capture de fibres. Le traitement sonique a séparé efficacement la majorité de l’huile de l’eau, révélant de petites gouttelettes d’huile (x = 0,026 mm) dans l’émulsion centrale. Ce phénomène mérite une investigation plus approfondie en tant qu’alternative potentielle aux agents tensioactifs chimiques. Conclusion : Le développement d’outils biomimétiques pour le nettoyage des déversements de pétrole représente une avancée significative dans la protection de l’environnement. En s’attaquant aux gouttelettes de pétrole en sous-surface, ces méthodes contribuent à protéger les réseaux alimentaires marins de la contamination par le pétrole. Cette étude souligne l’importance de solutions innovantes et inspirées par la nature pour relever les défis environnementaux complexes.