Les carabes sont des insectes abondants et jouent un rôle important dans l’agro-écosystème. Les systèmes culturaux et les travaux de sol ont des effets complexes sur les facteurs physico-chimiques du sol, qui peuvent aussi affecter les carabes. L’objectif du projet était de mesurer l’effet de trois systèmes culturaux (Conventionnel, CV; Sans herbicides, SH; Biologique, B) en interaction avec trois travaux de sol (Labour, L; Chisel, CH; Semis direct, SD) établis depuis 20 ans, sur l’abondance relative et la richesse spécifique des carabes. En 2007, l’abondance relative des carabes a été plus élevée dans le B-SD par rapport aux autres systèmes, à l’exception des systèmes SH-SD et SH-L, alors qu’en 2008, peu de différences ont été mesurées entre les traitements. La richesse des carabes a été plus grande dans le système biologique en 2007, tandis qu’en 2008, elle a varié dans le temps sans être favorisée par un système.

L'intégration d'arbustes porteurs de produits forestiers non ligneux (PFNL), destinés à la récolte de petits fruits, permettrait de rentabiliser l'espace cultural perdu lors de l'implantation des haies brise-vent et pourrait avoir un impact sur l'entomofaune associée à ces aménagements. Cette étude a pour objectif de comparer l'abondance et la richesse des carabes associées à deux types de haies brise-vent, avec ou sans PFNL, implantées dans la région de La Pocatière au Québec. Les évaluations réalisées en 2005 et 2006 démontrent une plus grande richesse de carabes dans les haies brise-vent avec PFNL durant la période de juin et juillet et une plus grande abondance des carabes dans les champs adjacents aux haies brise-vent avec PFNL durant la période de juillet et août. L'intégration de PFNL dans les haies brise-vent permettra à la fois de diversifier les revenus tout en favorisant un groupe d'insectes utiles puisque les carabes sont souvent considérés comme des insectes bénéfiques en agriculture.

Dans ce travail de thèse nous avons cherché à déterminer (i) les facteurs structurants des populations des carabiques dominants dans les paysages agricoles et (ii) leur(s) échelle(s) spatiale(s) et temporelle(s) d'influence, afin d'inférer des processus individuels et populationnels impliqués dans le maintien des espèces, en réponse à l'hétérogénéité spatiotemporelle des agroécosystèmes. Notre étude a été réalisée dans trois régions agricoles de l'ouest de la France, contrastées selon leur degré d'intensification agricole, en utilisant des échantillonnages basés sur des pots-pièges et des tentes à émergence et réalisés à plusieurs périodes de l'année.Une des principales originalités de ce travail est d'avoir caractérisé les agroécosystèmes à différentes échelles, tant (i) spatiales : le patch d'habitat, le paysage, la région ; que (ii) temporelles, en considérant à la fois l'environnement présent et celui de l'année précédente. De plus, nous avons essentiellement caractérisé l'influence de la dynamique des habitats sur les dynamiques de distribution et d'abondance et la dispersion des populations de carabiques.Notre étude a abouti à trois résultats majeurs. (1) La dynamique spatiale des espèces de carabiques étudiées est fortement influencée par les types d'habitats et leur instabilité temporelle à différentes échelles spatiales. Nous avons en effet mis en avant l'importance de l'hétérogénéité temporelle des paysages agricoles sur la dynamique spatiale des populations carabiques utilisant la matrice agricole. (2) La dispersion et les mouvements entre parcelles sont une condition importante du succès de ces espèces dans les paysages agricoles et semblent être principalement induits par les rotations de cultures. (3) Du fait de grandes tailles de populations et d'une dispersion efficace importante, la structuration spatiale et génétique des populations reste faible à l'échelle des paysages agricoles. / Carabid beetles (Coleoptera: Carabidae) play an important role in agriculture as natural enemies of pests. The development and application of practical techniques for managing their populations is a central challenge for sustainable agriculture and depends on detailed knowledge of the ecology of individual species. However, this information is relatively scant for even the most common species of interest in agricultural landscapes. Both agricultural practices and landscape structure have been shown to affect carabid distribution and abundance. In particular, crop rotation and associated mechanical practices affect arthropod abundance either directly, through mortality and emigration, or indirectly, by affecting local microhabitat conditions. Consequently, distribution shifts are expected to occur in response to the temporal instability of annual crops.The aim of this study was to determine (i) factors which structure populations of dominant carabid beetles over agricultural landscapes and (ii) their spatial and temporal scales of influence, in order to infer individual and population processes involved in species maintain, in response to agroecosystems' spatiotemporal heterogeneity. Surveys were conducted in three agricultural areas of western France contrasted in their degree of agricultural intensification, using both pitfall and emergence traps located within fields of the dominant crops and their immediate environment (field margins). At the field scale, we found that: (i) the studied carabid species used crop and non-crop habitats differently during the reproductive period and while overwintering and exhibited different strategies of habitat use; (ii) carabids were more active-abundant within oilseed rape fields than in other types of habitats; (iii) important distribution shifts were observed among habitat patches depending on habitat type and season.At the landscape scale, we found that: (i) landscape composition in both the current and previous years influenced carabid activity-density and distribution at different spatial scales; (ii) non-monotonous landscape effects on carabids were observed, which indicate the importance of considering contrasted landscapes to correctly explore the effect of landscape variables; (iii) Poecilus cupreus populations were structured spatially and genetically at very large spatial scales; (iv) male-biased dispersal was suggested in this species.Overall, results suggest that inter-field movements and active habitat selection rather than differences in survival rates determine distribution and abundance dynamics of dominant carabid species in agricultural landscapes. In addition, data suggest that redistributions mainly occur before overwintering likely in response to autumn cultural practices. High dispersal abilities are key traits for species maintain in highly instable environments, such as agricultural landscapes, and are highly selected in carabid species communities.

Une alternative prometteuse à la lutte chimique pour la régulation des ravageurs de culture consiste à favoriser les populations de leurs prédateurs en jouant sur la structure du paysage agricole. L'identification de structures spatio-temporelles favorables aux ennemis naturels peut se faire par l'exploration de scénarios paysagers via une modélisation couplée de paysages et de dynamiques de population. Dans cette approche, les dynamiques de populations sont simulées sur des paysages virtuels aux propriétés structurales contrôlées, et l'observation des motifs de populations associés permet l'identification de structures favorables. La modélisation des dynamiques de populations repose cependant sur une connaissance fine des processus écologiques et de leur variabilité entre les différentes unités du paysage. L'état actuel des connaissances sur les mécanismes écologiques régissant les dynamiques des ennemis naturels de la famille des carabidés demeure l'obstacle majeur à la recherche in silico de scénarios paysagers favorables. La littérature sur les liens entre motifs de population de carabes et variables paysagères permet de formuler un ensemble d'hypothèses en compétition sur ces mécanismes. Réduire le nombre de ces hypothèses en analysant les convergences entre les motifs de population qui leur sont associés, et étudier la stabilité de ces convergences le long d'un gradient paysager apparaît comme une première étape nécessaire vers l'amélioration de la connaissance sur les processus écologiques. Dans une première partie, nous proposons une heuristique méthodologique basée sur la simulation de modèles de réaction-diffusion porteurs de ces hypothèses en compétition. L'étude des motifs de population a permis d'effectuer une typologie des modèles en fonction de leur réponse à une variable paysagère, via un algorithme de classification, réduisant ainsi le nombre d’hypothèses en compétition. La sélection de l'hypothèse la plus plausible parmi cet ensemble irréductible doit s'effectuer sur la base d'une observation des motifs de population sur le terrain. Cela implique que ces derniers soient caractérisés à des résolutions spatiales et temporelles suffisantes pour sélectionner une unique hypothèse parmi celles en compétition. Dans la deuxième partie, nous proposons une heuristique méthodologique permettant de déterminer a priori des stratégies d'échantillonnage maximisant la robustesse de la sélection d'hypothèses écologiques. Dans un premier temps, la simulation de modèles de réaction-diffusion représentatifs des hypothèses écologiques en compétition permet de générer des données biologiques virtuelles en tout point de l'espace et du temps. Ces données biologiques sont ensuite échantillonnées suivant des protocoles différant dans l'effort total d'échantillonnage, le nombre de dates, le nombre de points par unité d'espace et le nombre de réplicats de paysages. Les motifs des populations sont caractérisés à partir de ces échantillons. Le potentiel des stratégies d'échantillonnage est évalué via un algorithme de classification qui classe les modèles biologiques selon les motifs de population associés. L'analyse des performances de classification, i.e. la capacité de l'algorithme à discriminer les processus écologiques, permet de sélectionner un protocole d'échantillonnage optimal. Nous montrons également que la manière de distribuer l'effort d'échantillonnage entre ses composantes spatiales et temporelles est un levier majeur sur l'inférence des processus écologiques. La réduction du nombre d'hypothèses en compétition et l'aide à l'échantillonnage pour la sélection de modèles répondent à un besoin fort dans le processus d'acquisition de connaissances écologiques pour l'exploration in silico de scénarios paysagers favorisant des services écosystémiques. Nous discutons dans une dernière partie des implications de nos travaux et de leurs perspectives d'amélioration. / A promising alternative to the chemical control of pests consists in favoring their natural enemies populations by managing the agricultural landscape structure. Identifying favorable spatio-temporal structures can be performed through the exploration of landscape scenarios using coupled models of landscapes and population dynamics. In this approach, population dynamics are simulated on virtual landscapes with controlled properties, and the observation of population patterns allows for the identification of favorable structures. Population modeling however relies on a good knowledge about the ecological processes and their variability within the landscape elements. Current state of knowledge about the ecological mechanisms underlying natural enemies’ of the carabid family population dynamics remains a major obstacle to in silico investigation of favorable landscape scenarios. Literature about the relationship between carabid population and landscape properties allows the formulation of competing hypotheses about these processes. Reducing the number of these hypotheses by analyzing the convergence between their associated population patterns and investigating the stability of their convergence along a landscape gradient appears to be a necessary tep towards a better knowledge about ecological processes. In a first step, we propose a heuristic method based on the simulation of reaction-diffusion models carrying these competing hypotheses. Comparing the population patterns allowed to set a model typology according to their response to the landscape variable, through a classification algorithm, thus reducing the initial number of competing hypotheses. The selection of the most likely hypothesis from this irreducible set must rely on the observation of population patterns on the field. This implies that population patterns are described with spatial and temporal resolutions that are fine enough to select a unique hypothesis among the ones in competition. In the second part, we propose a heuristic method that allows determining a priori sampling strategies that maximize the robustness of ecological hypotheses selection. The simulation of reaction-diffusion models carrying the ecological hypotheses allows to generate virtual population data in space and time. These data are then sampled using strategies differing in the total effort, number of sampling locations, dates and landscape replicates. Population patterns are described from these samples. The sampling strategies are assessed through a classification algorithm that classifies the models according to the associated patterns. The analysis of classification performances, i.e. the ability of the algorithm to discriminate the ecological processes, allows the selection of optimal sampling designs. We also show that the way the sampling effort is distributed between its spatial and temporal components is strongly impacting the ecological processes inference. Reducing the number of competing ecological hypotheses, along with the selection of sampling strategies for optimal model inference both meet a strong need in the process of knowledge improvement about the ecological processes for the exploration of landscape scenarios favoring ecosystem services. In the last chapter, we discuss the implications and future prospects of our work.