Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Les pelouses alpines à Carex curvula (laîche courbée) constituent l'une des formations les plus emblématiques de l'étage alpin des montagnes européennes. Cette thèse se présente comme une contribution à l'étude des patrons de la diversité génétique de Carex curvula et des patrons de la diversité floristique des pelouses alpines à Carex curvula en Europe.<br /> Dans un premier temps, ce travail examine la variabilité floristique des pelouses dominées par C. curvula et tente d'identifier les forces qui ont joué le rôle le plus important dans la structuration des espèces de l'étage alpin acidiphile européen. Les résultats des analyses montrent qu'il existe une variabilité importante pour la distribution de la diversité interspécifique et seulement une correspondance partielle entre la position des barrières biogéographiques de l'étage alpin et les grandes distances géographiques qui séparent les massifs montagnards. Il ressort nettement que les forces qui ont joué le rôle le plus important dans la structuration floristique de l'étage alpin acidiphile européen sont de nature historique et dans une moindre mesure de nature écologique.<br /> Ensuite, nous explorons la distribution de la diversité génétique dans les populations de C. curvula dans un contexte phylogéographique. L'impact des glaciations quaternaires correspond à deux histoires différentes pour les flores alpines dans les montagnes de l'ouest et de l'est du continent européen. Chez C. curvula, les mécanismes de recolonisations postglaciaires auraient impliqué un large vague de migration est-ouest dans les Alpes et une migration verticale beaucoup plus locale dans les Carpates. Les Pyrénées auraient été colonisé plus récemment, à partir d'un refuge secondaire localisé dans les Alpes du Sud-Ouest.<br /> Enfin, dans un troisième temps, nous nous intéressons au problème des relations entre la diversité génétique et floristique, en analysant la diversité locale des espèces dans les pelouses à C. curvula et la diversité génétique de l'espèce dominante. Le manque de corrélation positive entre les deux niveaux de la diversité est expliqué par des réponses différentes des gènes et des espèces aux grands changements climatiques qui sont intervenus au cours du Quaternaire.<br /> Nous concluons sur les perspectives de biogéographie comparative ouvertes par ce travail, en particulier sur l'articulation souhaitée entre les efforts de modélisation de la distribution biologique, la phylogéographie et l'écologie évolutive.

Contexte: La fragmentation des habitats induisant une diminution de leur surface, de leur connectivité et une augmentation de la zone de contact avec d’autres milieux constitue l’une des menaces majeures pour le maintien de la biodiversité. Les effets de la fragmentation ne doivent pas être confondus avec les perturbations transitoires liées à un morcellement de l’habitat par une déforestation récente. Les îlots forestiers du Chaco humide, situés sur des monticules légèrement surélevés par rapport à la savane environnante qui est régulièrement inondée et brûlée, constituent un système naturellement fragmenté propice à l’étude des effets de la fragmentation sensu stricto. Dans ces forêts subtropicales sèches, comme dans la plupart des écosystèmes terrestres, les fourmis constituent l’un des organismes les plus abondants. Objectif: Le but principal de la thèse a été de déterminer, à trois échelles spatiales, les facteurs influençant la structure des assemblages de fourmis terricoles : (1) à l’échelle du microhabitat constitué par la litière de feuilles et la couverture végétale dominée par des broméliacées terrestres ; (2) à l’échelle du fragment forestier dont la surface, la forme et l’isolement est variable ; (3) à l’échelle du paysage, constitué de forêt et de savane, soumis à des feux périodiques, et au niveau duquel nous nous sommes intéressés aux effets de bord se produisant à l’interface entre les deux milieux. Méthode: Le site d’étude est la forêt naturellement fragmentée du Parc national Rio Pilcomayo localisé dans le Chaco humide argentin. Onze fragments forestiers de taille (± 2.5ha, 25ha et 250ha), de forme et de degré d’isolation divers ont été échantillonnés ainsi que la savane environnante, récemment brûlée ou non. La diversité et la densité des fourmis a été quantifiée au moyen d’un protocole standardisé (« protocole A.L.L. ») qui a été préalablement calibré pour en définir la représentativité. Ce protocole consiste en un transect de 200m le long duquel sont placés, à intervalles de 10m, des pièges à fosse et des quadrats délimitant 1m² de litière de feuilles. La faune vivant dans la litière est ensuite extraite au moyen d’un dispositif appelé Winkler. Le calibrage du protocole a été réalisé en suréchantillonnant 8 fois le transect (160 points d’échantillonnage au lieu de 20). Cet échantillonnage quasi exhaustif de 200m² a permis de comparer l’estimation du nombre d’espèces obtenue par le transect standardisé ALL avec sa valeur réelle et d’étudier la distribution des espèces à l’échelle du mètre. Les facteurs du microhabitat les plus susceptibles d’influencer la distribution des fourmis (quantité de litière et densité de broméliacées) ont été mesurés systématiquement le long des transects. Pour l’étude de la distribution des fourmis depuis le coeur d’un grand fragment jusque dans la savane, des transects de 500m ont été utilisés et ont permis de mesurer des effets de bords éventuels. Un total de 800 Winkler et 560 pièges à fosses ont été analysés lors de cette étude. Résultats: Un transect standardisé A.L.L. permet d’obtenir, à partir de 20 échantillons et de méthodes analytiques adéquate, une estimation fiable de la richesse locale au sein de 200m² mais n’est pas toujours représentatif de la fréquence relative des espèces. Au total, 150 espèces de fourmis ont été récoltées dont 130 en forêt et 79 en savane (dont 59 espèces communes aux deux milieux). Au niveau du micro-habitat, on observe pour certaines espèces des pics périodiques d’abondance (maximum tous les 10m) correspondant vraisemblablement à l’emplacement des colonies qui s’espacent pour diminuer la compétition intraspécifique. Associé aux micrconvexités topographiques l’on observe également des pics de densité de broméliacées et de quantité de litière qui favorisent une grande densité d’espèces différentes de fourmis. À l’échelle de l’habitat, les îlots forestiers petits et isolés sont les moins riches, principalement en espèces typiquement forestières. Dans les larges fragments, les espèces typiquement forestières se distribuent indépendamment de la distance les séparant du bord. Quelques espèces typiques de savane pénètrent en bordure de forêt et provoquent une plus grande variabilité de la faune récoltée au sein des quadrats de litière situés à cet endroit. Cependant, aucun pic de diversité correspondant à une zone de superposition d’espèces de bord et de centre n’a été observé au sein des fragments forestiers. Les feux de savane modifient la fréquence relative des espèces les plus communes mais n’affectent pas la richesse globale du milieu et ne pénètrent pas dans la forêt. Conclusions: Le protocole standardisé ALL, utilisé couramment par de nombreuses équipes de chercheurs à travers le monde, mais qui n’avait encore jamais été réellement calibré avant notre étude, apparaît comme une méthode minimale mais suffisante pour déterminer la richesse locale en fourmis d’une forêt du Chaco humide. Ce calibrage a permis, en outre, de mettre en évidence un taux important de renouvellement des espèces à l’échelle du mètre carré. Nos résultats soutiennent l’idée que la disponibilité en ressources favorables, plus que la compétition interspécifique, est un mécanisme majeur structurant les assemblages de fourmis des litières. À l’échelle du micro-habitat, un grand nombre d’espèces de fourmis forestières coexistent dans les zones riches en matière organique associée à la présence de broméliacées qui apparaissent comme un facteur structurant majeur de la distribution des fourmis. Au niveau de la litière, les colonies de différentes espèces ont des aires de fourragement qui se superposent tandis que les colonies de même espèce ont tendance à s’espacer limitant la compétition pour les mêmes ressources. Un effet de bord, lié à des modifications locales des conditions climatiques et de la structure de la végétation, ne se marque pas au niveau de la myrmécofaune dans ce type de milieu, ce qui explique que l’on n’observe pas le traditionnel pic de diversité au niveau de la zone de transition entre deux milieux. Du point de vue de la conservation des espèces, des fragments forestiers de 15ha, bien connectés, apparaissent comme des conditions minimum pour conserver l’ensemble des espèces de fourmis de l’assemblage.

L’emprise de la lumière artificielle s’étend de manière importante et rapide à travers le monde entier et est en train de changer le paysage nocturne menaçant ainsi une large part des écosystèmes. L’augmentation des niveaux de lumière la nuit entraîne une perturbation du rythme circadien et par là une modification des comportements des espèces nocturnes mais aussi diurnes et des interactions entre espèces. Malgré l’importance de l’enjeu que représente la pollution lumineuse, le manque de connaissances dans le domaine limite la création de réglementations pour réduire l’impact de l’éclairage nocturne sur la biodiversité. Il est donc urgent d’apporter des éléments concrets pour construire des recommandations et des outils d’évaluation à destination des gestionnaires du territoire.Dans ce contexte, l’objectif de cette thèse est d’étudier l’impact de la pollution lumineuse sur la faune nocturne à deux échelles paysagères afin de préconiser des méthodes d’évaluation et de gestion de l’éclairage artificiel. Nous avons utilisé les chauves-souris comme modèle d’étude car elles sont longévives et nocturnes et donc fortement affectées par la pollution lumineuse. De plus, il a été montré que les tendances de leurs populations tendent à refléter celles d’espèces plus basses dans la chaîne trophique, les rendant ainsi d’autant plus sensibles aux pressions anthropiques. Dans un premier temps, nous avons étudié l’effet de la pollution lumineuse à l’échelle de villes, une échelle paysagère en cohérence à la fois avec les distances de déplacement des individus et avec une réalité de gestion de l’éclairage. Malgré que les espèces anthropophiles vivant toujours dans les grandes villes soient considérée comme bénéficiant de l’éclairage artificiel, ce travail a montré qu’à une échelle regroupant tous les aspects des déplacements quotidiens des individus, l’effet global de la lumière est négatif. De plus, bien qu’une part significative de la pollution lumineuse soit due à l’éclairage public de par sa permanence et son étende, l’étude montre que l’éclairage privé n’est pourtant pas à négliger. Au-delà d’un effet sur le niveau d’activité, la lumière artificielle peut avoir un effet de barrière dans le déplacement des individus et ainsi réduire la connectivité du paysage. Alors que les politiques environnementales sont en faveur du développement de corridors écologiques, la non-inclusion du facteur pollution lumineuse pourrait réduire significativement leur efficacité pour les espèces nocturnes. Un travail de modélisation mettant en lien des données biologiques d’activité avec des aspects paysagers mais aussi lumière a permis de construire des corridors adaptés pour les espèces nocturnes. Cela a aussi mené à des outils d’évaluation de scénarios d’éclairage qui peuvent être utilisés en amont d’aménagements afin de prédire l’impact d’un changement et de les adapter aux enjeux de biodiversité. A une échelle plus fine, il est nécessaire de comprendre quelles caractéristiques des points lumineux sont les plus pertinents à maîtriser afin de formuler des recommandations pour limiter l’impact sur la biodiversité. Nous avons mené une étude de terrain dans un espace protégé où les enjeux sur les chauves-souris sont d’autant plus importants que les espèces les plus sensibles à la lumière y sont protégées, ainsi que leurs habitats, à l’échelle européenne. En travaillant à l’interface entre urbanisation et habitats semi-naturels, nous avons pu montrer que c’est la quantité de lumière émise qui ont l’effet le plus notable. C’est donc ce paramètre sur lequel il faut travailler en priorité pour limiter l’impact de la lumière sur des zones pouvant servir de corridor ou de zone refuge aux espèces sensibles. / The spatial extent of artificial light is increasing rapidly and significantly on Earth surface hence changing the nocturnal lightscape and threatening an important part of ecosystems. The rise in nighttime light levels induces a perturbation of the circadian rhythm and thus a modification of nocturnal, but also some diurnal, species behavior and interactions between species. Despite the spread of light pollution being of major concern, the knowledge gaps in this field limit the creation of regulations to reduce the impact of nighttime lighting on biodiversity. Therefore it is urgent to produce clear and practical information to build tools and define recommendations for land managers. In this context, the aim of the PhD thesis is to study the impact of light pollution on nocturnal fauna through two spatial scales in order to propose methods to evaluate and manage artificial light. We used bats as a model species as they are long-lived and nocturnal and thus highly impacted by light pollution. In addition, it has been shown that their population trends tend to reflect those of species lower in the trophic chain which makes them even more sensitive to anthropic pressures. First, we studied the effect of light pollution within cities. This spatial scale is both coherent with bats distance of movement and with the reality of public lighting management. Although some urban-adapted species living within large cities are considered to benefit from artificial light, this work showed that, at a scale including all aspects of bats daily travels, light has a negative effect on bats activity level. Also, even if a large part of light pollution is due to public lighting, the results show that private lighting should not be neglected. Beyond the impact on bat activity, artificial light can have a barrier effect when individuals are transiting and thus reduce the landscape connectivity. Whereas environmental policies are promoting the development of ecological corridors, not considering light pollution could significantly reduce their efficiency for nocturnal species. Modelling the link between biological data and landscape variables including light level allowed us to build adapted corridors for nocturnal species. This lead to the development of a tool to evaluate lighting scenarios that could be used prior to the implementation of a lighting plan in order to predict the impact it would have and hence adapt it to the local biodiversity issues. At a finer scale, it is necessary to understand which light characteristics are the most relevant levers of actions to formulate recommendations to limit light pollution impact on biodiversity. We carried a field work experiment in a protected area where conservation issues on bat species are even higher as the species most sensitive to light are protected there, together with their habitat, at the EU level. We worked at the interface between urban and semi-natural areas and showed that the illuminance was the most important light characteristic. Hence it is on this parameters that regulations should be applied in priority to limit the impact of light on areas that could potentially be used as corridors or dark refuges for sensitive species.

L'isolement géographique est une menace élevée pour le maintien des populations sur le long terme. Il est donc primordial de comprendre selon quel degré la viabilité des populations est affectée par leur isolement, notamment en vue de définir des priorités en terme de conservation. Eryngium viviparum J.Gay (Apiaceae) est une des espèces végétales les plus menacées d'Europe avec une distribution ibéro-armoricaine très fragmentée. En France, son statut de conservation est devenu particulièrement critique avec la disparition de la presque totalité de ses populations au cours des années 1980, à l'exception d'une seule, suite à la destruction de son habitat par les activités humaines. Cette unique population fait depuis plusieurs années l'objet d'une conservation et d'une gestion attentives au sein d'une réserve protégée. Malgré ces actions, l'isolement de cette population soulève des interrogations quant à sa viabilité sur le long terme. Dans ce cadre, et à travers une approche multidisciplinaire, la thèse propose un renforcement des connaissances sur les caractéristiques écologiques et biologiques d'E. viviparum, et plus particulièrement concernant sa dernière population française. Elle s'articule selon trois axes principaux : (1) L'étude de l'amplitude écologique de l'espèce, puis la caractérisation de ses préférences écologiques à fine échelle au sein de la dernière population française (2) L'évaluation de la viabilité de la population isolée d'après ses paramètres démographiques, son niveau de diversité génétique et son degré de différenciation avec d'autres populations. (3) L'expérimentation des modalités de réintroduction en France. Les résultats apportés par ce travail contribueront à définir les prochaines priorités en matière de gestion et de conservation pour assurer le maintien d'E. viviparum sur le long terme en France. Le cas d' E. viviparum fournit un bon modèle d'étude pour évaluer l'effet de l'isolement sur la dynamique d'une population isolée et pour appliquer une conservation adaptée à cette problématique. / The geographical isolation is an important threat for the long term preservation of populations. It is crucial to understand how the viability of populations is affected in such context, in particular to define conservation priorities. Eryngium viviparum J.Gay (Apiaceae) is one of the most endangered plant in Europe, with a fragmented distribution between the NW of the Iberian peninsula and Brittany. ln France, the species is maintained only on a single locality, after the destruction of its habitat by human activities during 1980s. Despite a conservation program and an attentive management within a protected area, the strong isolation experimented by this population bring up questions about its long-term viability. In this context, through a multidisciplinary approach, this thesis aims to improve the biological and ecological knowledge of E. viviparum, and more particularly within its last French population. This thesis is organized according three main axes : (1) The study of large-scale E. viviparum ecological amplitude, and the characterization of its fine scale ecological preferences within the last french population. (2) The viability evaluation of the isolated population according to its demographic modalities, and to its genetic structure in comparison with Iberian populations. (3) The experiment of its reintroduction modalities in France.The results of this study will contribute to define the long-term conservation priorities of E. viviparum in France. Finally, the case of E. viviparum is a good model to study the effect of the isolation on an isolated population dynamic, and to apply adapted conservation for species in a similar context.

Les concepts de durabilité (ou développement durable) et de la conservation de la biodiversité visent à la protection des écosystèmes naturels. Bien que les deux concepts soient intrinsèquement liés, les différences pratiques concernant leur conceptualisation et leur mise en ouvre amènent le risque de divergence entre les objectifs de conservation et de la durabilité. Ceci est lié à la compréhension multidimensionnelle du concept de développement durable et aux approches bio-centriques de la conservation, qui ont eu tendance à déconnecter les systèmes humains des systèmes naturels, au lieu de considérer ces premiers comme une partie intégrante des systèmes naturels. Pour surmonter ces défis, il faut comprendre les liens entre les systèmes sociaux et les systèmes écologiques. Cependant, ces liens sont complexes et interagissent à différents niveaux. Simultanément, des processus de gouvernance interagissent à plusieurs à plusieurs échelles (du niveau local au niveau global). La compréhension de ces liens nécessite l'échange et la production de connaissances cohérentes et actionnables; connaissances qui sont idéalement pertinentes dans toutes les disciplines scientifiques, ainsi que pour la société. De cette façon des solutions pratiques, contribuant à la réalisation de la transition vers la durabilité et de la conservation de la biodiversité, peuvent être développées. Par conséquent, des approches inter- et transdisciplinaires sont nécessaires pour produire et combiner les différents types de connaissances, notamment pour combler l’écart entre les connaissances souvent déconnectées générées par les sciences naturelles et sociales. Dans cette thèse, nous adoptons donc une approche inter- et transdisciplinaire afin d’étudier la conservation de la biodiversité et la durabilité des systèmes socio- écologiques. Cette thèse s’appuie sur trois études de cas empiriques effectuées pour étudier les problèmes de conservation et de développement durable dans les îles Galapagos. Ce faisant, nous avons utilisé trois différentes méthodologies participatives (Delphi-Q-PRA) qui synthétisent ou génèrent des connaissances à partir d'une grande variété d'acteurs de la société des Galápagos. Ainsi, dans le Chapitre 3, nous avons d'abord caractérisé les interrelations dynamiques générales et les relations causales du système socio-écologique des Galapagos, qui génère des impacts environnementaux, ainsi que les réponses sous la forme d'action politique et de gestion qui sont nécessaires pour atténuer ces impacts. Dans le Chapitre 4, nous avons par la suite exploré des discours de conservation pour expliquer une série de questions de conservation en identifiant les conflits, les valeurs et les relations de pouvoir et la façon dont ces discours sont liés à différentes approches de gouvernance de la conservation et des conflits de conservation (impliquant d'autres espèces). Dans le Chapitre 5, nous caractérisons un conflit pratique et émergent centré sur les tortues géantes (Chelonoidis spp.) et les agriculteurs dans la zone rurale de l'île de Santa Cruz. Dans ce chapitre, nous évaluons la relation entre plusieurs variables sociales et écologiques étroitement liées, et nous étudions comment ces variables peuvent être utilisées pour améliorer les stratégies de conservation et de durabilité. Dans la discussion générale du Chapitre 6, nous offrons une analyse des différentes perspectives de ce travail en expliquant l'utilité du processus transdisciplinaire et participatif pour co-créer des connaissances, définir les problèmes spécifiques du système et pour trouver de nouvelles solutions afin de pouvoir aider les décideurs politiques dans les transitions vers la durabilité et de la conservation de la biodiversité. Par ailleurs, nous incluons également une analyse approfondie et une comparaison croisée des résultats entre les méthodes utilisées, et comment le transfert de connaissances a été réalisé par la transdisciplinarité et la participation. Enfin, nous offrons une analyse des perspectives de ce travail et comment elles peuvent être utilisées dans d'autres contextes et servir à opérationnaliser d’autres cadres de conservation et de la politique de développement durable internationaux.Enfin dans le Chapitre 7, nous tirons quelques conclusions qui se réfèrent à: i) La pertinence de la recherche pour la formation de consensus pour intégrer les connaissances dans des situations complexes dans les milieux de conservation complexes et où les conflits d'éléments de preuve sont communs. ii) L'importance de l'analyse de discours pour comprendre la relation homme-environnement (présente et passée) afin d'aborder les futurs défis de la conservation et de la durabilité. De même, la pertinence de l'analyse de discours dans les systèmes socio-écologiques pour capturer et exposer les différentes relations de pouvoir. Dans le but que les règles spécifiques pour la conservation et de la durabilité sont perçues comme étant justes et légitimes par tous les acteurs qui sont impliqués dans le processus. iii) L'utilisation significative d'une approche transdisciplinaire et participative pour impliquer divers acteurs dans la caractérisation et la solution des enjeux de la conservation afin de permettre d'intégrer les connaissances et d’augmenter la confiance interpersonnelle et interinstitutionnelle entre les partis. De nouvelles approches scientifiques qui combinent les connaissances locales, la science et les politiques pour produire des résultats appropriées, persistants et durables sont urgents pour atteindre une transition adéquate vers la durabilité et à la conservation de la biodiversité qui en fait partie. Ce travail est une contribution pour combler l'écart entre les différentes sciences naturelles et sociales, les méthodes, la science et les processus politiques, et les scientifiques et la société en général. / Sustainability and biodiversity conservation aim at the protection and maintenance of natural ecosystems. Although both are inherently related concepts, practical differences in their conceptualization and implementation carry the risk of discrepancies between conservation and sustainability objectives. This is related to the multi-dimensional understanding of the sustainability concept and the bio-centric approaches to conservation that have tended to disconnect human systems instead of considering these as an integral part of natural systems. Overcoming these challenges requires the understanding of the linkages between the social and ecological systems. However, these linkages are complex and interact at different interconnected levels from social to ecological and government processes which are at the same time interacting at several scales, ranging from local to global. Understanding these linkages requires the exchange and generation of cohesive and actionable knowledge that is relevant across scientific disciplines, as well as for society, so that practical solutions contribute to the transition towards sustainability and biodiversity conservation. Consequently, inter and transdisciplinary approaches are required to yield and aggregate knowledge, in particular to bridge the gap between the often-disconnected insights generated by natural and social sciences.I therefore consider it adequate to have a transdisciplinary approach to study biodiversity conservation and the sustainability of social ecological systems. This thesis builds on three empirical case studies to study conservation and sustainability challenges on the Galapagos Islands. In doing so, I used three different participatory methodologies (Delphi-Q-PRA) that either synthesised and/or generated knowledge from a wide variety of Galapagos societal actors. Thus, in Chapter 3, we first characterised the general dynamic inter-linkages and causal relationships of the Galapagos social-ecological system that generates environmental impacts and the responses in the form of policy and management actions that are required to mitigate these impacts.In Chapter 4 we subsequently focused on exploring conservation discourses to explain a range of conservation issues by identifying conflicts, values, and relations of power and how these discourses are related to different conservation governance approaches and conflicts with other species. In Chapter 5, we characterise a practical and emergent conservation conflict between giant tortoises (Chelonoidis spp.) and farmers in the rural area of Santa Cruz Island. In this chapter we assess the relationship of several social and ecological inter-linked variables and how these can be used to improve conservation and sustainability strategies.In the general discussion in Chapter 6, I provide an analysis of the different insights of this work by explaining the usefulness of transdisciplinary and participatory processes to co-create knowledge, to delineate the specific system problems and to further find novel solutions to aid policy and decision makers in the transitions towards sustainability and biodiversity conservation. Furthermore, I include a thorough analysis and cross-comparison of the results between the used methodologies, and how transfer of knowledge was achieved through transdisciplinarity and participation. Lastly, I provide an analysis of the insights of this work and how they can be used in other contexts and to operationalize other international conservation and sustainability policy frameworks. In Chapter 7, I provide a series of conclusions that refer to: i) the relevance of consensus building to integrate knowledge in complex conservation settings and where conflicts of evidence are common, ii) the importance of discourse analysis to understand the past and current human-nature relationships to address future conservation and sustainability challenges. Similarly, the relevance of discourse analysis in social-ecological systems to capture and expose different relations of power so that specific conservation and sustainability rules are perceived as fair and legitimate by all the actors that are involved in process. iii) The significant use of a transdisciplinary and participatory approach to involve varied stakeholders in conservation issues, to integrate knowledge and to increase interpersonal and inter-institutional trust between stakeholders where conservation conflicts occur. New scientific approaches that combine local knowledge, science and policies to produce adequate, persisting and sustainable results are urgent to achieve an adequate transition to sustainability and biodiversity conservation as part thereof. This work is a contribution to bridge the gap between different natural and social sciences, methods, science and policies, and scientists and society in general. / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

En Europe, la présence de grands carnivores dans des paysages anthropisés entraîne une forte compétition avec l'homme et alimente d'importantes polémiques concernant leur protection légale. La perception antagoniste de ces espèces à la fois emblématiques pour certains et sources de conflits pour d'autres, rend la gestion de leurs populations très délicate. Depuis la recolonisation spontanée du loup (Canis lupus) dans les Alpes françaises au début des années 1990, la population s'est accrue numériquement et spatialement. Parallèlement, les dégâts occasionnés par le loup sur la filière élevage ont suivi la même tendance. L'Etat met en place aujourd'hui un contrôle raisonné de la population, sous réserve que les objectifs de conservation, exigés par la Directive Habitat, soient respectés. En s'inspirant du cas d'étude du loup en France, nous proposons dans cette thèse un cadre de prise de décision structurée adapté pour la gestion et la conservation d'espèces rares et difficilement observables, protégées par des accords législatifs mais qui, dans un contexte social conflictuel, peuvent être régulées. La modélisation séquentielle du processus décisionnel s'est déroulée dans un contexte de forte incertitude selon plusieurs étapes : 1) appréhender les objectifs de conservation et/ou contrôle du loup en France pour les formaliser sous forme mathématique via une fonction d'utilité, 2) suivre la population par une méthode non-invasive pour définir des indicateurs de gestion fiables et évaluer le statut de conservation de la population, 3) coupler les mesures létales adoptées actuellement à un modèle démographique décrivant la dynamique du loup et intégrant sa structure sociale, 4) et déterminer la décision. Cette dernière étape est réalisée à l'aide d'une méthode d'optimisation qui calcule la stratégie optimale de gestion en fonction de la structure sociale de la population et des différentes sources d'incertitude accumulées à chaque étape du processus décisionnel. Nous avons choisi comme indicateur de gestion le taux de croissance, à partir duquel nous avons défini l'utilité. Cet indicateur était robuste à l'incertitude d'échantillonnage émergeant de la détection partielle et hétérogène des individus. Des analyses de sensibilité de la décision ont montré une forte influence de la fonction d'utilité sur la stratégie optimale, soulignant ainsi l'importance de définir correctement les objectifs. Nous avons également montré que la stratégie optimale était sensible aux variations des paramètres démographiques, montrant ainsi l'intérêt des méthodes de capture-marquage-recapture pour les estimer correctement. Nous discutons enfin de l'extension de notre approche à un cadre décisionnel de gestion adaptative pour traiter des problèmes de conservation dans un contexte conflictuel. / Large carnivore management in Europe is controversial because of conflictive objectives arising from the legal protection of threatened species vs. the possible necessity of culling individuals to prevent severe damages on human activities. Since the wolf recovery in the French Alps in the early 90's, the population has been numerically and spatially increasing. In parallel, livestock depredations have been following the same trend. As an EU member state, France is bound to the European Habitat Directive, which provides full protection of wolf populations and their habitat. Nevertheless, derogatory killings are allowed for individuals causing problems on livestock and some lethal control is now incorporated into the national management plan, as long as the population growth and its distribution range are not being threatened. Illustrating with the case study of the wolf in France, my dissertation proposes a structured decision making framework for the management and the conservation of elusive species that are legally protected but, in a conflictive context, are subject to population control. The sequential modeling of our decision process occurred in the following steps: 1) define the multiple objectives and formulate them in terms of a utility function, 2) monitor the population through a non-invasive approach in order to define the population conservation status, 3) build a demographic model to predict the consequences of harvesting on population dynamics and social structure, 4) obtain optimal state-dependent decisions. The last step is done with stochastic dynamic programming (SDP), acknowledged to be one of the most useful optimization methods in decision making. We provide an optimal solution for wolf management that gives the highest chance of meeting objectives, defined on population growth rate. This demographic indicator was found to be robust to sampling uncertainty arising from partial and heterogeneous detection of individuals. We ran decision sensibility analyses and found a strong effect of the utility function on the optimal strategy, highlighting the importance of defining explicit objectives. We also found that the optimal strategy was sensitive to demographic parameters, which demonstrate the general need of using solid statistical approaches to estimate them properly. This structured decision making framework can further be extended to adaptive management, acknowledged as being a convenient framework for wildlife management.

Les activités humaines menacent gravement la biodiversité. Sous le terme de changements globaux, la sur-exploitation des populations et la destruction/dégradation des habitats arrivent en tête de liste des facteurs responsables de l’érosion de la biodiversité. Le changement climatique gagne en magnitude et ajoute une pression supplémentaire sur les espèces. En réponse à l’augmentation des températures du globe, les communautés se réorganisent suite au déplacement de la distribution géographique des espèces vers les pôles. Mais l’accumulation des pressions anthropiques est susceptible de produire des effets d’interaction limitant l’ajustement des communautés au réchauffement climatique. Dans ce contexte critique, la biologie de la conservation a pour but de concilier les activités humaines avec la conservation de la biodiversité. Dans cette thèse j’ai cherché à comprendre comment l’accumulation des pressions anthropiques peut limiter l’ajustement des communautés au réchauffement climatique et à identifier les solutions qui pourraient être mises en place pour faciliter leur adaptation à ce réchauffement. J’ai pris pour modèle d’étude les espèces d’oiseaux d’eau hivernants dans les pays du bassin méditerranéen. Ces espèces emblématiques bénéficient d’un dénombrement international destiné à suivre leurs populations en réponse aux prélèvements par la chasse et à la dégradation des zones humides dont elles dépendent. La Méditerranée est une région fortement anthropisée où l’utilisation des ressources naturelles exerce d’importantes pressions sur les zones humides et leur biodiversité. En réponse, les pays ont différentes stratégies pour protéger ces écosystèmes, ce qui fait de cette région un plan expérimental intéressant pour mesurer l’impact dans changements globaux sur l’assemblage des espèces en fonction des mesures de conservation mises en oeuvre. En étudiant la réponse des communautés au réchauffement climatique sous un gradient de perte/dégradation d’habitat, je montre que l’ajustement des communautés est réduit, voire empêché, par la dégradation des zones humides. La Convention Ramsar vise justement à protéger les zones humides et leur biodiversité en maintenant une exploitation raisonnée des ressources naturelles. En évaluant l’effet de cette convention, je montre que son efficacité à conserver les populations d’oiseaux est dépendante de l’implémentation d’autres outils de protection, mais que son rôle est crucial dans les pays où la législation environnementale est faible. Enfin, j’évalue la capacité des conventions internationales à faciliter l’ajustement des communautés au réchauffement climatique grâce à la réduction des pressions qui s’exercent sur les populations. J’ai comparé la réponse des communautés entre les pays ayant ratifié la Convention de Berne, ceux ayant engagé son application strictement réglementaire sous la Directive Oiseaux (Union Européenne) et ceux n’ayant pas ratifié ces conventions. Le résultat est clair, plus la réglementation est précise et strictement réglementaire, plus les communautés et les espèces strictement protégées s’ajustent à l’augmentation des températures.En conclusion, les activités humaines sont une menace pour la biodiversité, mais les mesures de conservation, en réduisant les pressions sur les populations facilitent leur adaptation au changement climatique. La conservation des oiseaux d’eau nécessite une collaboration internationale et l’établissement de lois strictement réglementaires protégeant les zones humides et les espèces, tout en assurant une utilisation durable des ressources. / Human activities seriously threaten biodiversity. In terms of global changes, overexploitation of populations and habitat destruction/degradation are at the top of the list of factors responsible for biodiversity loss. Climate change is increasing in magnitude and adding additional pressure on species. In response to the increase in global temperatures, communities are changing as a result of the shift in the geographical distribution of species towards the poles. But the accumulation of anthropogenic pressures is likely to produce interaction effects that limit community adjustment to global warming. In this critical context, conservation biology aims to reconcile human activities with biodiversity conservation. In this thesis I have investigate how the accumulation of anthropogenic pressures can limit the adjustment of communities to global warming and to identify solutions that could be put in place to facilitate their adaptation to this warming. I have used the wintering waterbird species in the countries of the Mediterranean basin as a model for my study. These iconic species benefit from an international census to monitor their populations in response to hunting and the degradation of the wetlands on which they depend. The Mediterranean is a highly anthropized region where the use of natural resources exerts significant pressures on wetlands and their biodiversity. In response, countries have different strategies to protect these ecosystems, making this region an interesting experimental plan to measure the impact in global changes on species assemblage based on conservation measures implemented. By studying the response of communities to global warming under a gradient of habitat loss/degradation, I show that community adjustment is reduced or even prevented by wetland degradation. The Ramsar Convention aims to protect wetlands and their biodiversity by maintaining a rational use of natural resources. In assessing the effect of this convention, I show that its effectiveness in conserving bird populations depends on the implementation of other protection tools, but that its role is crucial in countries where environmental legislation is weak. Finally, I assess the capacity of international conventions to facilitate community adjustment to global warming by reducing population pressures. I compared the communities' response between countries that have ratified the Bern Convention, those that have started its strictly regulatory application under the Birds Directive (European Union) and those that have not ratified these conventions. The result is clear, the more precise and strictly regulatory the regulations, the more communities and strictly protected species adjust to the increase in temperatures.In conclusion, human activities are a threat to biodiversity, but conservation measures, by reducing pressures on populations, facilitate their adaptation to climate change. Waterbird conservation requires international collaboration and the establishment of strictly regulatory laws to protect wetlands and species, while ensuring sustainable use of resources.

Les grands carnivores recolonisent l’Europe grâce à une augmentation des forêts et des populations d'ongulés sauvages ainsi que des mesures de conservation. Or, les carnivores entrent en interactions avec les activités humaines telles que l’élevage. Quantifier leur distribution peut aider à situer les impacts sur ces activités. Ces espèces sont très mobiles, difficiles à observer et vivent à de faibles densités. La modélisation de leur distribution présente plusieurs défis en raison 1) de leur détectabilité imparfaite, 2) de leur distribution dynamique dans le temps et 3) du suivi à grande échelle basé sur la collecte de données opportunistes sans mesure formelle de l'effort d'échantillonnage. Dans cette thèse, nous nous sommes concentrés sur deux espèces de grands carnivores, le loup et le lynx boréal, pour développer les méthodologies liées à la modélisation de la distribution d’espèces. Nous avons exploré l’application des modèles d’occupancy dans le contexte du suivi des grands carnivores en Europe. Ces modèles établissent le lien entre la présence d’une espèce et l’environnement dans le but d’établir la proportion d'une zone d'étude que l’espèce occupe, tout en prenant en compte une détectabilité imparfaite.Plus précisément, nous avons d'abord évalué la dynamique de la distribution des loups en France de 1994 à 2016, tout en prenant en compte leur détection imparfaite. Nous avons montré l'importance de prendre en compte l’effort d'échantillonnage variant dans le temps et dans l'espace à l’aide de de modèles d’occupancy dynamique.Deuxièmement, comme des faux positifs peuvent être présents lors de la surveillance d'espèces rares, nous avons développé un modèle dynamique d’occupancy qui tenait compte simultanément des faux négatifs et des faux positifs pour analyser conjointement des données qui contenaient à la fois des détections certaines et des détections incertaines. L'analyse des données sur le lynx boréal dans les pays alpins a suggéré que l'incorporation de détections incertaines produisait des estimations des paramètres écologiques plus précises.Troisièmement, nous avons développé un modèle qui prenait en compte l'hétérogénéité de la détection tout en traitant les faux positifs. En appliquant notre nouvelle approche au loup en France, nous avons démontré que l'hétérogénéité de la détection du loup était principalement due à un effort d'échantillonnage hétérogène dans l'espace.Quatrièmement, pour traiter des sources de données multiples, nous avons développé un modèle de processus ponctuel de Poisson qui permettait l'inclusion de différentes sources de données lors de la construction des SDMs. Nous avons montré comment la combinaison des données sur la distribution permettait d’optimiser un suivi en répondant à la question de savoir quelle(s) source(s) d'information apporterait l’essentiel de l’information lors du suivi du lynx en Norvège.Cinquièmement, pour comprendre les mécanismes sous-jacents de la colonisation des loups en France, nous avons développé un cadre statistique pour estimer l'occupation spatio-temporelle et la dynamique des effectifs en utilisant le cadre de diffusion écologique. Nous avons montré le potentiel de notre approche pour prédire la distribution future potentielle du loup à court terme, un élément qui pourrait contribuer à cibler des zones de gestion ou se concentrer sur des zones de conflit potentiel.Dans l'ensemble, nos travaux montrent que les données opportunistes peuvent être analysées à l'aide de modèles de distribution d’espèces qui prennent en compte les contraintes liées au type de suivi utilisé pour produire les données. Nos approches peuvent être utilisées par les gestionnaires pour optimiser la surveillance des grands carnivores, cibler des zones de présence potentielles et contribuer à proposer des mesures destinées à atténuer les conflits. / Large carnivores are recovering in Europe, due to an increasing forest cover, ungulate population and conservation measures. Tthis return poses challenges as carnivores can interact with livestock farming. Assessing their distributions can help to predict and mitigate conflicts with human activities. Because large carnivores are highly mobile, elusive and live at very low density, modeling their distributions presents several challenges due to 1) their imperfect detectability, 2) their dynamic ranges over time and 3) their monitoring at large scales consisting of opportunistic data without a formal measure of the sampling effort. In this thesis, we focused on two carnivore species, wolves (Canis lupus) and Eurasian lynx (Lynx lynx), to develop the methodological aspects related to the modelling of species distributions. We considered the application of occupancy models in the context of monitoring large carnivores in Europe. These models allow the establishment of a link between the species’ presence and environmental covariates while accounting for imperfect detectability, in order to establish the proportion of a study area occupied by the species.We first assessed wolf range dynamics in France from 1994 to 2016, while accounting for species imperfect detection and showed the importance of accounting for time- and space-varying sampling effort using dynamic site-occupancy models.Second, acknowledging that false positives may occur when monitoring rare species, we showcased a dynamic occupancy model that simultaneously accounts for false negatives and positives to jointly analyze data that include both unambiguous detections and ambiguous detections. The analysis of data on the Eurasian lynx in Alpine countries suggested that incorporating ambiguous detections produced more precise estimates of the ecological parameters.Third, we developed a model accounting for heterogeneity in detection while dealing with false positives. Applying our new approach to a case study with grey wolves in France, we demonstrated that heterogeneity in wolf detection was due to a heterogeneous sampling effort across space.Fourth, to deal with multiple data sources, we developed a Poisson point process approach which allows the inclusion of different data sources when building SDMs. By doing so, we also answered the question about which source(s) of information would provide most of the information when monitoring the lynx in Norway.Fifth and finally, to understand the underlying mechanisms of the colonization of wolves in France, we developed a statistical framework for estimating spatiotemporal occupancy and abundance dynamics using the ecological diffusion framework. We demonstrated the potential of our approach to predict the potential future distribution of wolves in the short term, an element that could contribute to target management areas or focus on areas of potential conflict.Overall our work shows that opportunistic data can be analyzed with species distribution models that control for issues linked to the type of monitoring used to produce the data. Our approaches have the potential for being used by decision-makers to optimize the monitoring of large carnivores and to target sites where carnivores are likely to occur and mitigate conflicts.

Le réseau hydrographique français présente deux lignées de truite commune (Salmo trutta, L.) génétiquement et phénotypiquement distinctes : les lignées Atlantique (ATL) et Méditerranéenne (MED) qui occupent les bassins versant du même nom. Les repeuplements intensifs pratiqués de manière systématique depuis un siècle avec des souches domestiques ATL ont entrainé dans la zone méditerranéenne une introgression plus ou moins importante des populations naturelles. La persistance de populations peu introgressées amène les gestionnaires à prendre en compte dans leur démarche de conservation ces populations autochtones. La gestion de cette problématique d'hybridation passe par une meilleure connaissance de la dynamique de biodiversité intra-spécifique et donc des mécanismes évolutifs qui régulent les flux de gènes entre les lignées MED et ATL.Cette thèse s'appuie sur un travail collaboratif entre scientifiques et gestionnaires et comporte plusieurs objectifs. Sur le plan théorique nous avons testé deux barrières reproductives pré-zygotiques potentielles liées au comportement reproducteur (compétition intra-sexuelle mâle et préférence inter-sexuelle femelle) ainsi qu'une possible barrière post-zygotique correspondant à un différentiel de survie embryo-larvaire lié à la température. Un large jeu de données a également été analysé pour mettre en évidence un potentiel différentiel de survie entre lignée à l'âge adulte. Enfin, ces résultats ont été inclus dans un modèle démo-génétique (modèle Mediterranea, plate-forme CAPSIS-4). Cet outil informatique d'aide à la décision adapté aux besoins des gestionnaires permettra à terme l'évaluation des stratégies de gestion et de conservation.Les résultats montrent une préférence intersexuelle hétérogame qui tendrait à accélérer le mélange des deux lignées. L'étude de la survie embryo-larvaire montre un avantage sélectif pour les descendants de femelles MED, particulièrement dans des conditions de températures basses. Enfin, l'analyse de la distribution de l'âge chez les adultes montrent un avantage aux individus MED ce qui pourrait traduire une adaptation locale pour cette lignée au sein du territoire haut-savoyard. Les simulations préliminaires effectuées avec le modèle Mediterranea intègrent ces résultats et mettent en évidence le rôle de la structure du réseau hydrographique dans la variabilité spatiale de l'introgression. Ces résultats concordent avec les patrons d'introgression observés in situ et apportent de nouvelles connaissances pouvant se révéler utiles dans la gestion future de la biodiversité intra-spécifique de la truite commune. / The natural distribution area of brown trout (Salmo trutta, L.) in the French hydrographic landscape reveals the existence of two genetically and phenotypically distinct lineages: the Atlantic lineage (ATL) and the Mediterranean lineage (MED) that are initially respectively present in the Atlantic and Mediterranean drainage basins. Intensive and systematic stocking practices carried out over a century with ATL domestic strains have resulted, in the Mediterranean area, in heterogeneous patterns of introgression of native MED populations. The persistence of some low introgressed MED populations led managers to focus on these native populations in their conservation plans. To efficiently account for these introgression processes, a better understanding of intraspecific biodiversity dynamics is required, with a specific focus on how evolutionary mechanisms may regulate gene flow between MED and ATL lineages.The present manuscript is based on a collaborative work between scientists and managers in Haute-Savoie, France, and investigates several potential mechanisms for introgression. We explored two potential pre-zygotic reproductive barriers related to reproductive behavior (male intra-sexual competition and female inter-sexual preference) and also a possible post-zygotic barrier corresponding to a differential of embryo-larval survival linked to temperature. A large dataset was also analyzed to identify a potential differential survival between lineages at adult stage. Finally, these results were included into a demogenetic model (Mediterranea Model, CAPSIS-4 platform). This computer based aid for decision making will ultimately allow evaluating various management strategies.The results show a heterogamous intersexual female preference which should promote the genetic admixture between the two lineages. However, the study of embryo-larval survival shows a selective advantage for the offspring of MED females, especially in low temperature conditions. Finally, the analysis of the distribution of age in adults suggests a potential higher survival for MED individuals, which could indicate a local adaptation for this lineage in the territory of Haute-Savoie. The preliminary simulations performed with the Mediterranea model incorporate these results and highlight the role of hydrogeographic network structure in the spatial variability of introgression. Both results and simulations are consistent with the introgression patterns observed in situ and provide new knowledge that can be applied to the management of intraspecific biodiversity of brown trout.