Nous nous sommes intéressés à évaluer l'influence du changement climatique sur les patrons nets de réponse des plantes aux agents pathogènes. Dans ce travail, nous avons étudié les effets de l’augmentation de la température (20°, 25° et 28°C) sur le phénotype précoces (symptômes de maladie) et sur la fitness en fin de cycle de différentes accessions et mutants de nodulation de la plante légumineuse modèle Medicago truncatula, inoculées par des souches d’agent pathogène racinaire Verticillium adaptées à des différentes températures. Le comportement des variétés de Luzerne cultivée (Medicago sativa) dans ces conditions a été également analysé. Le travail a été divisé en 3 parties. La première partie nous a permis d’identifier parmi 12 souches de Verticillium spp., une souche froide (VA1) et une souche tempérée (V31.2), avec une température optimale de 20°C et 25°C respectivement pour la croissance, la sporulation et l'agressivité sur M. truncatula. Par contre, notre collection des souches ne renfermant pas de souches adaptées à des températures plus élevées. Nous avons obtenu par mutagénèse UV de la souche V31.2 une troisième souche (AS38) chaude qui est agressive à 28°C. Dans la deuxième partie nous avons observé les symptômes de maladie pour sept accessions naturelles de M. truncatula, inoculées par ces trois souches d’agent pathogène, à trois températures 20°, 25° et 28°C et en présence de la souche Sinorhizobium meliloti RCR2011. De faibles symptômes ont été relevés pour deux accessions A17 et DZA315.16 inoculées par VA1 à 20°C. Nous avons observé une sensibilité maximale pour trois accessions (F83005.5, DZA315.16 et L321) inoculées par V31.2 à 25°C, et pour quatre accessions (F83005.5, DZA315.16, L321 et L198) inoculées par AS38 à 28°C. Les résultats des symptômes de maladie ont été confirmés par une quantification moléculaire de l’ADN fongique (qPCR) et par ré-isolement à partir des tissus aériens de la plante. L’effet de VA1 et V31.2 sur trois caractères de fitness (nombre et poids de gousse par plante, ainsi que biomasse aérienne) de M. truncatula a été étudié. L’effet de VA1 s’observe uniquement à 20°C sur l'accession A17. Par contre, V31.2 a montré un impact sur les trois caractères de fitness qui diminuent chez les accessions sensibles, ainsi que sur le nombre de gousse pour l’accession résistante L198. Dans la troisième partie nous avons analysé de la même façon pour quatre mutants de nodulation dans le fond génétique A17. Les mutants ont montré un niveau de résistance à la souche VA1 plus élevé qu’A17, quelle que soit la température étudiée. Vis à vis de la souche V31.2, à 20°C les mutants skl et hcl ont montré le même taux de symptômes qu’A17 tandis que les mutants nfp et sunn ont de taux de symptômes supérieur à celui d'A17. Ces mutants ont tous une sensibilité plus élevé à 25°C. Les résultats des symptômes de maladie ont été confirmés par le test de ré-isolement. Pour ces mutants nous montrons pour la première fois, que seul le mutant sunn (hypernodulant) à la même productivité qu’A17, quelle que soit la condition (contrôle ou inoculées) et la souche (VA1 ou V31.2) étudiée ; alors que le mutant skl (hypernodulant également) a une productivité plus faible. Les deux autres mutants déficients dans la nodulation nfp et hcl ont montré une productivité plus faible qu’A17 quelle que soit la souche et la température étudiée. Enfin une bonne similitude a été trouvée entre la réponse phénotypique précoce (symptômes de maladie) de M. truncatula et de M. sativa inoculées par Verticillium spp. Dans cette thèse, on n’est pas trouvé la corrélation positive entre la capacité de la nodulation et la protection contre la maladie, mais la symbiose augmente la fitness pour certaines de ces plantes. Les résultats suggèrent aussi que l'augmentation de la température pourrait contribuer à faire apparaître une souche adaptée à 28°C (AS38) qui est plus agressive et plus virulente que V31.2 sur M. truncatula.

Les changements climatiques et socio-économiques dans la région méditerranéenne constituent une menace importante pour les écosystèmes forestiers en affectant leur fonctionnement direct (augmentation de la sècheresse) et le régime des perturbations (incendies). Les interactions entre végétation, sécheresse, régime des feux et activités anthropiques ont été étudiées à l'échelle régionale sur la région Languedoc-Roussillon (LR) à partir des observations durant les dernières décennies (1971-2006) et de scénarios climatiques pour la fin du 21ième siècle (2071-2100). Les résultats montrent que l'évolution récente du climat dans la région LR est caractérisée par une augmentation des conditions de sècheresse présentant une variabilité spatiale importante. Ces tendances climatiques ont entrainé des modifications des caractéristiques de la période de sècheresse des écosystèmes (augmentation de l'intensité, décalage de la saisonnalité). Malgré cette augmentation des conditions favorables à l'occurrence et au développement des incendies, un nouvelle politique de suppression des incendies initié en 1987 a entrainé une diminution du nombre de départs de feux et des surfaces brulées. Cette politique a également modifié les facteurs explicatifs du développement des feux qui, auparavant majoritairement contrôlés par l'état hydrique de la végétation, sont désormais déterminés par la cooccurrence de la sècheresse et d'épisodes venteux. D'autre part, nos résultats ont pu quantifier la contribution relative des caractéristiques spatiales des activités humaines (densité des infrastructures, interface habitat forêt), de la végétation (composition, continuité) et des conditions météorologiques sur la distribution spatiale des incendies. Ainsi, les prédictions de l'évolution du régime des feux sur le siècle prochain sont fortement dépendantes des futures trajectoires de l'activité anthropique, des stratégies d'occupation du territoire mais également de l'incertitude liée à la régionalisation des modèles climatiques. / Climate and socio-economic changes in the Mediterranean region are expected to affect the functioning of forested ecosystems (increased drought) and the disturbance regime (wildfire). The interactions between vegetation, drought, fire regime and human activities were studied at regional scale in the Languedoc-Roussillon region (LR; Southern France) from observations over recent decades (1971-2006) and climate scenarios for the end of the 21st century (2071-2100). Recent climate changes in the LR region are characterized by an increase in drought conditions with a high spatial variability. These climate changes modified the features of the major drought period in forested ecosystems (increasing intensity, shifting seasonality). However, despite this increase in fire prone conditions, a new policy of fire suppression started in 1987 led to a decrease in the number of fire starts and burnt areas in LR region. This policy also changed the relative contribution of factors explaining fire spread, which previously mainly controlled by the water status of vegetation, are now determined by the co-occurrence of drought and windy events. Furthermore, our results could quantify the relative contribution of the spatial patterns of human activities (infrastructure density, forest habitat interface), vegetation (composition, fuel continuity) and weather on the regional distribution of fires. Thus, predictions on the future fire regime in the region should be mainly controlled by changes in human activities and settlements, as well as climate forecasts and their related uncertainty in downscaling methods, which have a significant impact on predictions of drought of forested ecosystems.

Afin de mieux appréhender l’ouverture actuelle de la forêt boréale au nord du Québec et d’identifier les facteurs qui en sont responsables, cette thèse a étudié la dynamique, la stabilité et la résilience des deux types d’écosystèmes forestiers en jeu dans la zone de transition, au cours du temps. Ces écosystèmes, les pessières à mousses, denses, et les pessières à lichens, beaucoup moins denses (dites « ouvertes »), partagent la même espèce ligneuse dominante (Picea mariana). La thèse s’est concentrée sur le développement d’outils géochimiques innovants en paléoécologie permettant de retracer la structure et la composition présentes et passées des écosystèmes terrestres, puis sur la reconstruction du régime des feux par analyses de charbons. Elle démontre dans un premier temps que les deux écosystèmes ont des sols aux propriétés physico-chimiques distinctes, et sont entretenus par les interactions sol-végétation-climat. Le deuxième volet montre que les enregistrements chimiques sont également différents dans les sédiments récents de lacs d’étude, selon s’ils sont entourés de pessières à mousses ou à lichens. Grâce aux proxys géochimiques calibrés, le troisième chapitre reconstruit l’histoire de la végétation et des feux au cours de l’Holocène. Il met en évidence une rupture majeure dans la structure des écosystèmes, observée vers 4500-4000 ans calibrés avant présent, et permet de conclure à une ouverture de la forêt boréale à cette période en raison d’une augmentation de la fréquence de feux. La stabilité précaire des états actuels est mise en perspective avec le contexte présent d’augmentation des feux dans la région et les mesures d’aménagement à adapter en conséquence. / In order to better figure out the ongoing transition of the boreal forest in northern Quebec and to identify the responsible factors, this thesis studied the dynamics, stability and resilience of the two forest ecosystems at stake, over time. These ecosystems, the closed-canopy dense moss forest and the open lichen woodland, share the same dominant tree species (black spruce, Picea mariana). The thesis focused on the development of innovative geochemical tools in palaeoecological studies that could track present and past terrestrial ecosystem structure and composition, and then focused on the reconstruction of past fire regimes through lacustrine charcoal analyses. A first step demonstrated that the soils of both ecosystems displayed distinct physical and chemical properties and are maintained by the feedback interactions in the soil-vegetation-climate system. The second step showed that modern sediments of study lakes recorded variations in their chemical composition depending on whether they were surrounded by moss forest or lichen woodland. Using the so calibrated geochemical proxies, the third chapter reconstructed the vegetation and fire histories during the Holocene. A major disruption in ecosystem structure was evidenced 4500-4000 years calibrated before present and led to the conclusion of a boreal forest opening at that time due to an increase in fire frequency. The precariousness of the present states stability is discussed in light with the current context of fire increase in the study region and suggests that forest management should be adapted consequently.

Les aires de répartition des arbres pourraient être grandement affectées par le changement climatique. Les résultats d'analyses paléogéographiques ont montré que ces dernières se sont déjà déplacées avec les variations passées du climat. Ces études ont permis de déterminer la direction et la vitesse de migration des espèces, données utilisées actuellement pour générer des prédictions sur l'évolution de l'aire de répartition des espèces forestières en réponse au réchauffement du climat. Cependant, le contexte écologique dans lequel les arbres font face à ces changements est très différent par rapport aux changements climatiques passés : l'augmentation actuelle des températures est plus rapide, les surfaces susceptibles d'être colonisées sont occupées par des écosystèmes très différents et variés (forêts, surfaces agricoles, zones urbaines). Par conséquent, les arbres pourront-ils faire face à la rapidité des changements globaux actuels ? Auront-ils la capacité de migrer pour trouver des conditions plus favorables ou pourront-ils s'adapter et survivre à de nouvelles conditions environnementales ? Dans un premier temps, l'analyse de données historiques (plans d'aménagements de l'Office Nationale des Forêts et Inventaires Forestiers Espagnols) a permis de mettre en évidence des évènements de colonisation et d'extirpation et de quantifier la vitesse de migration de populations situées au cœur ou aux marges de leur aire de répartition. Une colonisation massive de Quercus ilex dans les dunes boisées atlantiques (limite Nord d'aire de répartition) a été mise en évidence au cours des 130 dernières années, confirmant les tendances prédites par les modèles. Cependant, les vitesses de colonisation de cette espèce restent bien inférieures aux déplacements de son bioclimat estimés à partir de modèles de niche. Les espèces localisées en limite Sud d'aire de répartition présentent des remontées altitudinales plus importantes que pour celles situées au cœur de leur aire. En conclusion, nos résultats montrent que les changements globaux ont déjà impactés la répartition des arbres malgré l'existence d'un décalage temporel entre les réponses migratoires des espèces forestières et le déplacement de leur bioclimat. Le stress hydrique est le facteur prépondérant pouvant expliquer le dépérissement des arbres dans un milieu dont la disponibilité en eau est limitée, notamment en marge chaude d'aire de répartition. Nous avons, par conséquent, étudié la résistance à la sécheresse et ses mécanismes chez les plusieurs espèces d'Angiospermes. Nos résultats montrent qu'un seuil de 90% d'embolie mène à des dommages physiologiques irréversibles de la plante et à la mort par déshydratation. Ce seuil est considérablement plus élevé que celui précédemment observé chez les conifères. L'étude du fonctionnement hydraulique d'espèces de chênes co-occurrentes nous a permis de montrer que la survie de Q. robur pourrait être menacée dans les forêts atlantiques dans un contexte de sécheresses de plus en plus intenses car il y subit des taux d'embolie native élevés. Au contraire, Q. ilex présente des taux d'embolie négligeables sur ce même site d'étude.Les vitesses réelles de migrations constituent des données empiriques essentielles qui nous renseignent sur les capacités migratoires effectives des arbres. Elles pourront être intégrées dans les modèles de répartition, tout comme les seuils d'embolie induisant la mort des arbres.

Les modèles de niche écologique (ENM) sont largement utilisés pour prédire la distribution actuelle et future des espèces. Ils peuvent être des outils complémentaires pour évaluer la qualité de niche des potentielles aires de lâchers, un facteur clé pour le succès des translocations. Pourtant, les ENM sont encore rarement appliqués dans les translocations et on a encore peu de preuves de leur intérêt pour les translocations. Nous avons centré nos recherches sur des programmes bien établis de renforcement des populations de deux espèces d'Outarde houbara, l'espèce nord-africaine (Chlamydotis undulata) et l'espèce migratrice asiatique (C. macqueenii). Grâce à un suivi intensif de populations sauvages relictuelles et d'individus élevés en captivité et lâchés sur une large partie de leur aire de répartition, ces programmes fournissent un cadre d'étude idéal pour envisager des questions complexes sur la pertinence des ENM dans la translocation. Nous avons relié la survie individuelle, une composante essentielle de la dynamique des populations, à la qualité de niche, en réalisant notamment un lâcher expérimental de 180 individus le long du gradient de qualité de la niche. Nous avons ensuite testé si les outardes lâchées utilisent la même niche écologique que les sauvages pour valider l'utilisation ultérieure des projections des modèles. Enfin, nous discutons de l'implication des changements globaux pour les translocations d'Outarde houbara. Ces approches empiriques reliant la qualité de niche aux processus démographiques constituent un pas en avant pour une meilleure compréhension de la pertinence des ENM pour les translocations d'espèces dans un environnement changeant. / Ecological niche models (ENM) are widely used to predict the current and future distribution of species. They could be used as complementary tools to assess the niche suitability of potential release areas, a key parameter for improving success in conservation translocation. Yet, ENM are still rarely applied and general evidence about the benefit of these models in translocation is still lacking. We focused our research on reinforcement programs of two species of Houbara Bustard, the sedentary North African species (Chlamydotis undulata undulata) and the migratory Asian species (C. macqueenii). Through the extensive monitoring of remnant wild populations and captive-born released individuals over a large proportion of their distribution range, these programs provide an ideal study framework to address complex questions regarding the relevancy of ENM in translocation conservation. First, we linked individual survival, a crucial component of population dynamics, to niche suitability. Then, we performed an experimental release and monitoring of 180 individuals along a gradient of habitat suitability as predicted by ENM to test the effect of release site suitability on survival of captive-born individuals. We then tested if released houbaras use the same ecological niche than wild houbaras, as a validation step to support the subsequent use of niche modelling. Finally, we discussed the implications of global change for ongoing translocation programs of Houbara Bustard. Empirical approaches linking habitat suitability with demographic processes provide a step towards a better understanding of the relevance of ENM for conservation translocations in changing environments.

La disponibilité en eau exerce un contrôle majeur sur les cycles des nutriments terrestres, à travers ses impacts sur le fonctionnement des plantes et des microorganismes du sol. Les changements de magnitude et de fréquence des épisodes de pluie (c’est-à-dire les régimes de précipitations) prédits par les modèles et associés au changement climatique vont ainsi avoir des conséquences importantes sur le fonctionnement des écosystèmes. Les écosystèmes arides et semi-arides sont particulièrement vulnérables à des changements de régime de précipitations, car ils sont déjà contraints par la disponibilité en eau. Cependant, des systèmes plus tempérés peuvent aussi être soumis à des périodes sèches qui peuvent affecter le fonctionnement plante-sol. Dans la présente thèse, les effets d’un historique de régimes de précipitations contrastés ont été étudiés dans des systèmes sol seul et plante-sol, afin de déterminer dans quelle mesure plusieurs semaines de régime hydrique peuvent moduler la réponse des écosystèmes à une réhumectation lors d’un événement pluvieux important. Premièrement, nous avons évalué les effets de régimes de précipitations contrastés dans des mésocosmes de sol seul, sur les communautés bactériennes et fongiques actives et inactives dans le sol, 2 et 5 jours après réhumectation. Nous avons employé une approche de 18O-SIP (stable isotope probing), en réhumectant le sol avec H218O puis en utilisant la métagénomique ciblée sur les bactéries et champignons du sol. Deuxièmement, nous avons mis en place deux expériences séparées en mésocosmes plante-sol avec couvert de blé. La première expérience sol-plante s’est intéressée à la profondeur de sol. Nous avons évalué les effets de régimes de précipitations contrastés sur le flux de C depuis les plantes vers les microorganismes du sol ainsi que la la réponse des microorganismes à différentes profondeurs de sol (de 0 à 35 cm) en utilisant des approches de traceur isotopiques stables (13C-CO2) et 18O-SIP, respectivement. La deuxième expérience plante-sol a évalué les effets de régimes de précipitations contrastés sur la dynamique temporelle (durant 29h) de la réponse du système plante-sol à la réhumectation. En outre, deux niveaux de fertilisation azotée ont permis de déterminer l’éventuelle modulation de la réponse par la disponibilité en N dans le sol. La réponse des communautés bactériennes et fongiques potentiellement actives dans le sol a été évaluée par métagénomique ciblée. La réponse de cycles biogéochimiques a été évaluée à l’aide de traceurs isotopiques stables (13C-CO2 et 15N- NO3-) pour quantifier le flux de C des plantes vers les microorganismes du sol et déterminer la compétition plantes-microorganismes du sol au cours du temps après réhumectation.Nos résultats ont montré un contrôle du régime de précipitation sur la morphologie et physiologie des plantes, les communautés microbiennes du sol ainsi que sur le cycle de l’azote du sol dans nos systèmes. En particulier, des régimes de précipitations peu fréquentes (cycles de périodes sèches longues suivies de périodes de pluie plus importantes) se sont traduits par une augmentation des potentiels de transformation de l’azote dans le sol et une réduction des stocks d’azote minéral dans le sol. Ceci a façonné l’environnement de la réponse de nos systèmes à la réhumectation, que nous avons évaluée en déterminant les dynamiques du C (couplage plantes-microbes et émissions de CO2 du sol), de l’azote du sol (compétition plantes-microorganismes du sol pour le N et émissions de N2O) et de la composition des communautés microbiennes du sol (bactéries et champignons actifs et potentiellement actifs) après réhumectation (...). / Water availability governs terrestrial nutrient cycles by impacting the functioning of both plants and of soil microorganisms. The predicted changes in precipitation patterns (i.e. the magnitude and frequency of precipitation events) associated with climate change, will thus likely have important consequences on ecosystem functioning. Dry and seasonally dry ecosystems are particularly vulnerable to changes in precipitation patterns, as they are already constrained to a large extent by water availability. However, more mesic systems may also experience dry periods that may impact plant-soil functions. In this thesis, experiments in soil-only systems and plant-soil systems were used to gain insight into how the legacy effects of several weeks of exposure to contrasted precipitation patterns set the scene for the rewetting response of the system. First, in an experiment using soil-only mesocosms, we evaluated the effects of contrasting precipitation regimes on the actively growing as well as the inactive bacterial and fungal communities 2 and 5 days after rewetting, using an 18O-SIP (stable isotope probing) approach by applying H218O followed by metagenomics targeting soil bacteria and fungi. Second, we performed two separate and complementary experiments using plant-soil mesocosms with wheat plant cover. The first plant-soil experiment focused on soil depth. It determined the effects of contrasting precipitation patterns on the flux of C from plants to microbes and the microbial response to rewetting at different soil depths, using a heavy isotope tracer approach (13C-CO2) and 18O-SIP with metagenomics respectively. The second plant-soil experiment evaluated the effects of a history of contrasting precipitation patterns on the dynamics of the rewetting response of the plant-soil system over time (over 29 hours post-rewetting). In addition, two levels of N inputs allowed to determine how N availability modulated plant-soil responses. The response of the potentially active soil bacterial and fungal communities to rewetting was assessed using targeted metagenomics. The responses of biogeochemical cycles were evaluated using heavy isotope tracers (13C-CO2 and 15N-NO3-) to quantify C flux from plants to soil microorganisms and plant-microbial competition for N over time post-rewetting.We found that precipitation patterns shaped plant morphology and physiology, microbial community composition as well as soil N cycling in our systems, which set contrasting scenes for the rewetting responses in our systems. In particular, infrequent precipitation patterns (cycles of longer dry periods followed by larger magnitude rain events) resulted in increased microbial N transformation potentials and smaller inorganic N pools. The rewetting responses were determined by evaluating C dynamics (plant-microbial coupling and soil CO2 efflux rate), N dynamics (plant-microbial competition for N and soil N2O efflux rate) and microbial dynamics (composition of active and potentially active bacterial and fungal communities after rewetting). First, we found that plant-microbial coupling (i.e the microbial assimilation of C from fresh photosynthate) may be reduced under more infrequent precipitation patterns, especially near the soil surface, and under conditions of low N availability. Our findings also suggest that whilst in soil-only systems, dead microbial cells appear to be a major source fuelling soil CO2 efflux pulse upon rewetting, in plant-soil systems root respiration plays an important role in the magnitude of the CO2 efflux upon rewetting. Second, concerning soil N dynamics, we found, in concurrence with previous studies, that soil microorganisms were the stronger competitor for N over short time scales, likely due to their overall fast response rates and high affinity for substrate, whilst plants outcompeted soil microbes for soil N assimilation, over longer time scales likely taking advantage of the fast microbial turnover (...).

On se propose d'étudier l'hydrosystème Vaccarès, partie centrale du delta du Rhône, parfait exemple d'interrelations fortes entre l'homme et le milieu naturel. L'approche s'est déroulée en trois parties. L'acquisition et le traitement de données hydrologiques nous ont permis de caractériser la dynamique hydro-saline de ce système complexe. A partir d'une analyse plus approfondie nous avons établi les bilans hydro-salins et sédimentaires à l'échelle du complexe lagunaire. Grâce à un suivi de 18 années, les bilans sédimentaires dévoilent un déficit sédimentaire de 19 500 tonnes quand on ne prend pas en compte les apports exceptionnels des eaux d'inondation en 1993 et 1994. Un tel déficit, s'il perdure, ne fera qu'aggraver le différentiel d'altitude entre la mer et le delta, entrainant par la force des choses une salinisation du système non désirée par la plupart de ses acteurs. Dans un deuxième temps, nous avons procédé à l'implémentation et à la validation du modèle hydrodynamique du complexe lagunaire du Vaccarès. Son utilisation s'est tournée vers une complémentarité avec le modèle conceptuel de l'Hydrosystème Vaccarès. Ce dernier, baptisé Hydro-CAM, après avoir bénéficié d'une phase de calage et validation, a été exploité afin de tester la dynamique du système dans une démarche prospective. L'objectif ici, qui constitue le troisième temps de ces travaux de thèse, a été d'explorer par simulation les trajectoires possibles d'évolution de l'hydrosystème en termes de bilan d'eau et de sel, et ce d'après des scénarios construits sur les paramètres hydro-climatiques (changement climatique, augmentation du niveau marin) et anthropiques / The studied site is the Vaccarès hydrosystem, the central part of the Rhône delta and a good example of strong relationship between humans and a natural area. Through the data acquisition and data processing, we characterised the hydro-saline dynamic of this complex hydrosystem from 1993 to 2008. From a further analysis, we established first the hydro-saline and sedimentary balance across the lagoon complex. Through a monitoring of 16 years, the sedimentary balance revealed a sediment deficit of about 19'500 tons when we disregard the outstanding contributions of flooding waters in 1993 and 1994. If this deficit persists, the difference in altitude between the sea and the delta will tend to increase. This will result by a salinization of the system, unwanted by the most of his actors. To investigate these consequences, we conceived a hydrodynamic model of the Vaccarès lagoon complex, capable to simulate water levels and salinities. The model, named Hydro-CAM, was calibrated and validated in terms of water levels and salinities in three sub-units of the lagoon complex. It was then used to test the system dynamics in a prospective approach. The objective in this thesis work was to explore by simulation the possible trajectories of the evolution of the Hydrosystem in terms of water and salt balance. Simulations were based on scenarii constructed from climate parameters and anthropogenic parameters (water management, constructions, land use on drainage basins, etc.). The results revealed the vulnerability of this complex system to various risks which it is already facing and for which the intensification and/or increase can be expected in the future

L'émergence de maladies telles que le SRAS et le SIDA au cours des dernières décennies a fait prendre conscience des liens étroits existant entre santé animale, santé humaine et santé des écosystèmes. En effet, les pathogènes émergents ont pour la plupart une origine zoonotique (i.e. ils circulaient à l'origine au sein des populations animales). Les risques sanitaires associés à ces émergences sont en constante évolution sous l'influence des changements globaux qui modifient les écosystèmes et les contacts entre les hôtes. La prévention et le contrôle des maladies infectieuses émergentes nécessitent la compréhension de leur dynamique dans l'ensemble des compartiments dans lesquels elles circulent. Le travail présenté ici avait pour objectif d'améliorer cette compréhension au sein des zones humides méditerranéennes en ce concentrant sur deux pathogènes émergents : les virus Influenza A (VIA) et le virus West Nile. Il a été structuré selon trois axes de recherche : i) Utiliser la surveillance épidémiologique de l'avifaune sauvage pour comprendre la circulation du virus West Nile dans le bassin méditerranéen ii) Comprendre la dynamique des VIA au sein des différents compartiments où ils circulent et à leur interface iii) Comprendre le rôle des conditions environnementales dans la dynamique des VIA notamment au sein des populations humaines. Nos résultats mettent en évidence l'intérêt de mener des études multidisciplinaires sur le long terme pour comprendre l'épidémiologie des maladies émergentes. Ils soulignent également le rôle des activités anthropiques et des conditions environnementales dans la dynamique de ces maladies. Nos études apportent des éléments de réflexion pour allier gestion des risques d'émergence et gestion des écosystèmes et des populations. Elles encouragent à développer ce type d'approche afin de relever le défi de la prévention et du contrôle des pathogènes émergents. / During the last decades, the emergence of numerous infectious diseases such as SARS and AIDS has raised awareness of the close links that exist between animal health, human health and ecosystem health. Many of the emerging pathogens have a zoonotic origin (i.e. they originally circulated among animal populations). The health risks associated with the emergence of these diseases are progressing under the influence of global changes that affect ecosystems and contacts between hosts. The prevention and control of emerging infectious diseases require an in-depth understanding of their dynamics in all the compartments in which they occur. The aim of the present work is to improve our understanding of these phenomena within the context of Mediterranean wetlands by focusing on two emerging pathogens: Influenza A viruses (IAV) and West Nile virus. The thesis is structured around three research axes i) Using epidemiological surveillance of wild birds to investigate the circulation of West Nile virus in the Mediterranean Basin ii) Exploring IAV dynamics in the different compartments in which they circulate and at their interface iii) Determining the role of environmental conditions in IAV dynamics, especially within human populations. Our results highlight the value of long-term interdisciplinary studies for the understanding of the epidemiology of emerging diseases. They also emphasize the role of human activities and environmental conditions in the dynamics of these diseases. Our studies open up perspectives for combining emerging disease risk management and the management of ecosystems and populations. They also argue in favour of further developing this type of approach in order to meet the challenge of emerging pathogen prevention and control.

Idéalement située à la confluence entre climat tropical et climat tempéré, l'Afrique australe est une zone très sensible aux variations des conditions climatiques. Cette région fait cependant preuve d'un manque de données paléoclimatiques important, et les méthodes de reconstruction traditionnelles trouvent rapidement leurs limites face aux conditions particulières qui y sévissent. Les méthodes de reconstruction quantitatives communément employées se révèlent inutilisables face aux conditions d'aridité extrêmes qui ne permettent que très rarement l'accumulation et la préservation de pollen moderne et fossile et se confrontent également aux particularités de la végétation abritée par cette région. L'objectif de ces travaux de thèse vise à développer une méthode de reconstruction quantitative basée sur des données polliniques fossiles, à partir de la relation entre la distribution actuelle des taxons polliniques et le climat en Afrique australe. Nous avons développé une fonction de transfert utilisant les propriétés des fonctions de densité de probabilité (pdfs), permettant de transformer l'information contenue dans un assemblage pollinique en estimation quantitative du climat. En parallèle, cette étude a permis de développer une méthode permettant de sélectionner les espèces les plus probables à inclure dans chaque type pollinique qui compose un assemblage. Cette méthode de sélection des espèces (SSM) a permis de pallier la faible résolution taxonomique des données polliniques de cette région caractérisée par une biodiversité élevée et d'affiner la méthode des espèces indicatrices, afin de la rendre utilisable en Afrique australe. Cette méthodologie a été appliquée aux données polliniques du site de Wonderkrater (Afrique du Sud). Les résultats observés et leur comparaison avec ceux provenant de sites régionaux ont permis de déterminer que les températures estivales et hivernales étaient 6±2°C inférieure au cours du LGM et du Younger Dryas et que les précipitations au cours de la saison humide étaient 50% moins importantes qu'actuellement. Ces résultats montrent que les SST enregistrées dans le canal du Mozambique régissent les conditions hydrologiques du continent adjacent, en opposition avec la possible implication de l'ITCZ sous ces latitudes. Les résultats indiquent également que les deux tropiques montrent des tendances climatiques similaires au cours des derniers 20 000 ans. La méthode a ensuite été appliquée à un enregistrement pollinique provenant de la région du fynbos (Afrique du Sud). Les résultats ont montré les limites de la méthode au vu de la faible amplitude de reconstruction obtenue pour les températures entre le LGM et l'Holocène (~2°C). Les résultats ont néanmoins permis de mettre en évidence que les températures montraient un pattern similaire à celui observé en Antarctique. Nous avons également pu montrer que les périodes glaciaires coïncidaient avec les périodes les plus humides, en accord avec le modèle de Cockroft (1987). Ce modèle dérive du mécanisme de migration des « westerlies » vers l'équateur au cours des périodes glaciaires, en réponse au déplacement du vortex circcum polaire. Les travaux issus de cette thèse ont montré qu'il était possible d'utiliser la distribution actuelle des plantes pour estimer les variations quantitatives des changements climatiques passés, dans la plupart des configurations botaniques et climatiques rencontrées en Afrique australe. La méthode de sélection des espèces se révèle être un outil indispensable dans cette région de haute biodiversité. Ces travaux offrent des perspectives intéressantes dans cette zone actuellement dépourvue de reconstructions climatiques quantitatives. Cependant, les résultats émanant des deux cas d'études ont mis en évidence des faiblesses et des limites méthodologiques qui devront faire l'objet d'études supplémentaires afin d'en améliorer les performances. / Located at the interface between tropical and temperate climate systems, southern Africa is a particularly sensitive region in terms of long-term climate change. However, few reliable paleoclimatic records exist from the region – largely as a result of the arid climate with precludes the preservation of wetland sequences - , and virtually no quantitative reconstructions are available.The aim of this thesis is to develop quantitative palaeoclimate reconstruction method based the relation between modern plant distributions and climate in southern Africa. We develop botanical-climatological transfer functions derived from probability density functions (pdfs), allowing for quantitative estimates of the palaeoclimatic variables to be calculated from fossil pollen assemblages. In addition, a species-selection method (SSM) based on Bayesian statistics is outlined, which provides a parsimonious choice of most likely plant species from what are otherwise taxonomically broad pollen-types. This method addresses limitations imposed by the low taxonomic resolution of pollen identification, which is particularly problematic in areas of high biodiversity such as many regions of southern Africa.This methodology has been applied to pollen record from Wonderkrater (South Africa). Results indicate that temperatures during both the warm and cold season were 6±2°C colder during the Last Glacial Maximum and Younger Dryas, and that rainy season precipitation during the Last Glacial Maximum was ~50% of that during the mid-Holocene. Our results also imply that changes in precipitation at Wonderkrater generally track changes in Mozambique Channel sea-surface temperatures, with a steady increase following the Younger Dryas to a period of maximum water availability at Wonderkrater ~3-7 ka. These findings indicate that the northern and southern tropics experienced similar climatic trends during the last 20 kyr, and highlight the role of variations in sea-surface temperatures over the more popularly perceived role of a shifting Intertropical Convergence Zone in determining long-term environmental trends.This method has also been applied to a pollen record from Pakhuis Pass, in the Fynbos Biome (South Africa). Results show the limitations of quantitative methods, with only unrealistically low amplitude being reconstructed between the Last Glacial Maximum and Holocene (~2°C). However, results indicate that the reconstructed temperature trends, if not amplitudes, are similar to trends observed in Antarctic ice core records. Further, in reconstructing past humidity, we show that over the last 18 kyr, cooler conditions appear to be generally wetter at the site. These results are consistent with Cockcroft model (1987), derived from equatorward shift of the westerlies resulting from expansions of the circum-polar vortex.This study shows the potential of using modern plant distributions to estimates past climate parameters in southern Africa, and the species selection method proves to be a useful tool in region with high biodiversity. This work provides a novel perspective in the region, where no quantitative paleoclimatic reconstructions have been available. However, results from Pakhuis Pass highlight some of the limitations of this methodology, which will be subject of future work in this promising field of inquiry.

Les impacts les plus rapides et intenses du changement climatique sont observés actuellement dans l'Océan Arctique. La grande sensibilité de cet environnement polaire a été révélée par la réduction exceptionnelle de la banquise ces derniers étés. Quels est l'impact de la fonte de la glace sur le phytoplancton et la prise de CO2 atmosphèrique ? La réponse à cette question s'appuie sur des observations obtenues durant deux campagnes océanographiques, réalisées en Arctique de l'Ouest, au cours des étés 2008 et 2010, années record de fonte de la banquise. Plusieurs paramètres caractérisent l'environnement physique (température, salinité, couvert de glace de mer) et les conditions de croissance du phytoplancton (lumière, nutriments). Des mesures de production primaire, pigments et taxonomie ont permis de décrire et quantifier les communautés phytoplanctoniques. La chimie des carbonates associée aux données d'hydrologiques et du phytoplancton permet d'estimer l'impact de la fonte de la glace sur la prise de CO2 atmosphérique. Les régions du front de glace, les eaux libres de glace des bassins profonds et du plateau continental, et celles englacées présentent des populations phytoplanctoniques et une chimie des carbonates différente. Le rôle de l'accumulation d'eau douce lié à la fonte (" freshening ") est évalué sur la biomasse et la structure des communautés phytoplanctoniques. L'impact de la dilution et de la désalinisation induit par le freshening est analysé sur la prise de CO2 et l'acidification des eaux arctiques. Les résultats obtenus pendant des étés de fonte record sont comparés à des données antérieures documentant des années pendant lesquelles l'Océan Arctique était plus englacé. Cette comparaison suggère que biomasses, production primaire, espèces de phytoplancton et pression partielle de CO2 de l'eau de surface sont modifiés dans un Océan Arctique affecté par l'accélération de la fonte de la glace.