Les travaux récents sur la relation entre la biodiversité et le fonctionnement des écosystèmes ont souligné certains des aspects les plus dynamiques du fonctionnement des écosystèmes, tout en reconnaissant que la diversité répond à la fois aux variations le long de gradients environnementaux et à la dispersion des espèces entre les communautés locales. Les définitions de la diversité ont été de plus en plus caractérisés en intégrant la notion de traits fonctionnels et ont reconnu la nature flexible de la distribution des traits dans une communauté. Les chapitres de cette thèse se concentrent sur des questions liées à la façon dont la distribution des traits de la communauté est définis, comment ils peuvent informer les écologistes sur les processus associés à l'assemblage de la communauté, comment la composition des communautés pourrait changer sous différentes ampleurs de dispersion, et comment la fonctionnalité pourrait interagir avec la disponibilité des éléments nutritifs pour influencer le fonctionnement global de la communauté. Chaque chapitre va présenter l'un de ces thèmes dans les communautés zoo-et phytoplanctonique, qui emploient des analyses des données déjà recueillies, études de terrain et des expériences contrôlées en mésocosme. Les objectifs de cette thèse spécifiques sont: (1) de comparer les différentes mesures de la diversité (taxonomique et fonctionnelle) dans leur capacité de rendre compte de la biomasse dans les communautés de diatomées benthiques et planctoniques, (2) d'identifier un seuil de dispersion, au-delà duquel différentes communautés de zooplancton pourrait commencer à homogénéiser la composition, (3) de mieux comprendre les communautés de zooplancton naturelles en focusant sur les modèles de distribution dans les traits fonctionnels pour examiner les signes de filtrage ou de de compétition dans l'habitat en tant que facteurs influençant la structure de la communauté, et (4) de vérifier si la diversité fonctionnelle et la disponibilité des nutriments interagissent dans la production phytoplanctonique. En général, les mesures fonctionnelles de la diversité n'ont pas été surutilisées pour les mesures taxonomiques afin de modéliser le fonctionnement des écosystèmes, ils ont souvent permis de mieux comprendre les mécanismes qui sous-tendent les relations de l'importance. En outre, les processus de dispersion et les interactions locales ont tous deux été jugés influents dans la structure des communautés de zooplancton. La dispersion expérimentale de plus de 1% a été jugée suffisante pour ouvrir une homogénéisation de la composition, et, sur le terrain, les filtres reliés à l'habitat ont été jugés plus influents que la compétition dans la définition de la diversité fonctionnelle du zooplancton. Finalement, aucune preuve n'implique la diversité fonctionnelle alguale comme étant un moteur important de la production primaire, ce qui suggère une redondance fonctionnelle qui pourrait définir les communautés phytoplanctoniques à des niveaux modestes de la richesse des espèces. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Diversité fonctionnelle, Fonctionnement des écosystèmes, Zooplancton, Phytoplancton, Dispersion.

La stratification thermique, caractérisée par la présence d'une thermocline, est un facteur clé structurant les communautés de plancton dans la zone pélagique des lacs. Les changements climatiques (vents forts, orages fréquents, sécheresses intenses) et les activités anthropiques près des lacs (déforestation) pourraient occasionner un abaissement de la thermocline dans les lacs tempérés. Les effets d'un tel abaissement sur la phénologie, la biomasse totale et la taille des individus du zooplancton dans le temps ont été évalués. La thermocline d'un bassin du Lac Croche (constitué de trois bassins), Québec, Canada, a été abaissée par mélange à l'aide d'une éolienne aquatique. L'échantillonnage a eu lieu sur une année contrôle (sans manipulation) et deux années expérimentales (avec abaissement). Le protocole statistique BACI a permis d'évaluer les effets de trois traitements différents, soit l'abaissement, l'abaissement+mélange et le mélange. Au printemps, certains effets des traitements ont été discernés indirectement par le réchauffement des sédiments, mais le climat semblait avoir une grande influence sur la dynamique des communautés de crustacés. Pendant l'été, les changements de la communauté de crustacés étaient principalement influencés par la profondeur de la thermocline. De plus, la biomasse de chlorophylle et celle des crustacées ont augmenté face aux traitements pendant l'été. Tropocyclops prasinus et Bosmina longirostris étaient plus abondantes lors de l'abaissement de la thermocline pendant l'été, ce qui a réduit significativement la taille individuelle de la communauté des crustacés. Les assemblages de rotifères étaient dominés par des espèces ayant des caractéristiques pour les protéger de la prédation. Cette étude suggère qu'un abaissement de la thermocline dans les lacs tempérés pourrait mener à une augmentation des productions primaire et secondaire, mais également à une réduction des proies zooplanctoniques pour les poissons suite à un changement dans la composition et la taille individuelle de la communauté. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : abaissement de la thermocline, zooplancton, phénologie, taille individuelle, biomasse totale, structure des communautés

L'objet de ce travail est l'application de la démarche de l'analyse démographique sur des statistiques provenant de cinq pays francophones d'Afrique centrale (Cameroun, Congo, Gabon, RCA et Tchad) afin de mettre en lumière leurs faiblesses et de proposer des voies d'amélioration de la collecte. L'examen de l'évolution des phénomènes démographiques sur la période 1960-2000, au-delà des tendances observées, permet de constater les contraintes d'une conception de la collecte privilégiant l'approche transversale et empêchant une véritable confrontation avec l'approche longitudinale. De manière générale, les objectifs de la collecte, indépendamment des sources, contiennent les limites de l'utilisation des données en analyse démographique. La poursuite des objectifs de la démographie, en termes de connaissance et d'action, passe par la prise en compte des principes de l'analyse démographique, tout en remédiant à la marginalisation des mouvements migratoires, dans l'observation.

L'objet de cette thèse est la formulation, l'étude de modèles<br />structurés de croissance cellulaire dans un chemostat, appareil de culture de micro-organismes en laboratoire, et l'estimation de certaines variables d'état pour ces modèles. Après de bref rappels sur la biologie des espèces considérées et la présentation du dispositif expérimental, nous introduirons les modèles classiques utilisés pour décrire le chemostat ainsi que les modèles structurés prenant en compte la division cellulaire notamment. Nous construirons et étudierons alors deux modèles en équations différentielles ordinaires de dimension 3 mettant en valeur la croissance et la division d'une cellule. Nous<br />terminerons cette partie par la construction et l'étude d'un modèle basé sur des réactions biochimiques décrivant le stockage d'une cellule. La deuxième partie de cette thèse concerne l'estimation de certaines variables d'état. Ainsi, les notions d'observabilité et d'observateur seront introduites. Des observateurs classiques seront construits pour les modèles de croissance décrits dans la première partie. Enfin, comme en biologie les modèles sont souvent mal connus, nous construirons des estimateurs hybrides, donnant les variables d'état non mesurables en utilisant les variables mesurées et la connaissance partielle du modèle. Nous terminerons ces deux parties par d'autres applications possibles.

Le but de cette étude est de caractériser le passage progressif d'une mangrove d'estuaire d'une part, à une formation mixte mangrove - forêt marécageuse d'autre part. Ce travail s'inscrit dans une optique plus large qui vise à comprendre l'évolution de cette mangrove d'estuaire et à prédire, à terme, le sens de son évolution. La structure de la végétation de l'estuaire du Sinnamary (Guyane Française) est étudiée en relation avec les paramètres physico-chimiques du sol et en fonction de l'histoire sédimentaire de la zone. La zone d'écotone Mangrove - Forêt marécageuse est tout particulièrement étudiée avec la recherche de paramètres caractérisant le gradient de l'influence marine. Trois types de formations végétales sont décris au moyen de paramètres structuraux (composition floristique, diamètre, hauteur, densités) sur 5 sites répartis sur 350 km² et représentant 26 225 m² d'inventaire. A partir de ces mesures, la dynamique des populations a été mise en évidence. L'évolution des densités au cours du temps, l'accroissement diamétrique annuel et la répartition des espèces majeures ont été caractérisés. Les relations entre les paramètres physico-chimiques du sol et la répartition des espèces ont également été précisées. Enfin, l'évolution du peuplement au cours des 50 dernières années a été étudiée a travers des photographies aériennes à différentes échelles et la télédétection spatiale. L'étude de la structure du peuplement a permis de caractériser les différents faciès de mangrove observés et de proposer des modèles empiriques d'évolution des paramètres de structure (Composition floristique, densité spécifique, surface terrière). Les relations allométriques entre la hauteur et le diamètre des principales espèces ont également été précisées. L'étude de la dynamique des populations a permis de rendre compte de la répartition spécifique pour les principales espèces. L'analyse de ces répartitions a mis en évidence les stratégies de colonisation et d'occupation du milieu par les différentes espèces ainsi que les effets des conditions du milieu sur la mise en place de ces stratégies. Contrairement à ce qui est observé en forêt de terre ferme, l'analyse des données d'accroissement diamètrique a montré l'absence de rythmicité de croissance des individus dans ce milieu. L'étude et le suivi des formations par télédétection (sensus lato) a permis de visualiser et de quantifier les phénomènes de transformation de la mangrove avec une précision toute particulière sur la période d'étude (1996-1998). Enfin, l'étude des caractéristiques physico-chimiques des sols a permis de mettre en évidence les phénomènes d'évolution des sols et d'en identifier le déterminisme. Les relations sols¬végétation ont été précisées, apportant des données nouvelles pour ces milieux. Les connaissances sur la structure du peuplement, sur la dynamique du peuplement, sur les inter-relations sol-végétation, ainsi que les modèles d'évolution des paramètres structuraux en fonction du temps proposés constituent une base solide pour l'étude de ces milieux à l'échelle régionale par des techniques de télédétection spatiale ou aéroportées et pour la compréhension des mécanismes de transformation de ces milieux.

L'étude qualitative et quantitative du mode de développement des plantes envahissantes est actuellement considérée comme une étape clef dans la compréhension des phénomènes d'invasion. L'objectif de ce travail est de préciser les relations qui existent entre la structure architecturale des buissons et leur caractère proliférant. Nous avons sélectionné cinq espèces buissonnantes (Cornus sericea L., Cornaceae ; Prunus virginiana L., Rosaceae ; Rhamnus cathartica L., Rhamnaceae ; Rhus typhina L., Anacardiaceae ; Zanthoxylum americanum Mill., Rutaceae) qui sont connues pour leur aptitude à bloquer la succession végétale sous certaines conditions au Sud du Québec (Canada). L'analyse architecturale a permis chez ces espèces de caractériser les unités structurelles et leurs modifications ontogéniques. Ces modifications ontogéniques doivent être prise en compte afin d'obtenir une description complète de la plasticité phénotypique chez ces espèces. L'analyse des différentes unités structurelles révèle qu'elles ne possèdent pas la même signification fonctionnelle : les niveaux d'organisation les plus grands sont responsables majoritairement des capacités de plasticité phénotypique de la plante et de sa compétition. Ces analyses ont abouti à la définition de trois stratégies architecturales correspondant à des comportements individuels et qui sont également pertinentes pour expliquer la prolifération des populations

La production de toxines telles que la microcystine (MC) est le principal problème de santé publique relié à la croissance excessive des cyanobactéries dans les lacs eutrophes. La toxicité résultante sera reliée à la dominance de genres potentiellement toxiques au sein de la communauté. Dans le cadre de cette étude, cinq lacs du bassin versant de la rivière Yamaska (Québec) ont été échantillonnés durant l'été 2007. Les cyanobactéries ont été caractérisées sur un gel contenant un gradient de dénaturant (DGGE) à la suite de l'amplification du gène 16S du ribosome. De plus, un dénombrement microscopique classique a été entrepris. Les toxines ont aussi été dosées de deux façons, soit une méthode immuno-enzymatique et une autre basée sur la chromatographie liquide. Les résultats confirment l'association des genres potentiellement toxiques à la concentration de MC, en particulier Anabaena. Ces corrélations sont meilleures lorsqu'entreprises à partir des données taxonomiques, avec un r2 aj. atteignant 0,64 (p<0,0001). Les données DGGE, moins adaptées à la détermination d'un modèle prédictif de MC, expliquent néanmoins une partie de la variation lorsque celle-ci est partitionnée dans une analyse de redondance. De plus, les analyses moléculaires étaient plus sensibles aux changements dans la communauté. La vitesse de changement telle que déterminée par DGGE était corrélée à celle déterminée par la taxonomie sur l'échantillon pris deux semaines plus tard (n=22, r2 adj. = 0.32, p=0.004). Ceci pourrait conférer au DGGE une valeur prédictive intéressante puisque la dynamique des communautés a montré une association entre stabilité et toxicité dans deux des cinq lacs. Cette stabilité, exprimée sous forme de taux de changement, est associée aux températures les plus élevées de la saison (r2 aj. = 0,21 pour le DGGE et 0,28 pour la taxonomie, p<0,005). ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : cyanobactéries toxiques, succession saisonnière, Haute-Yamaska, Microcystis, DGGE

Les bactéries jouent un rôle important dans le fonctionnement d'un écosystème aquatique et sont les joueurs clés de la boucle microbienne et du cycle du carbone. Le bactérioplancton est très abondant dans les lacs et les rivières et les récentes découvertes en biologie moléculaire ont démontré que ces communautés sont très diverses. Une question primordiale dans le domaine de l'écologie microbienne est comment la diversité de ces microorganismes est connectée à leur capacité métabolique et à leur activité dans l'environnement. Dans une communauté bactérienne, ce ne sont pas toutes les bactéries qui sont actives également et il y a une gamme continue d'activités des cellules mortes aux cellules hautement actives. Il est encore imprécis de dire que les différents états physiologiques sont associés à des taxa spécifiques ou si l'activité est distribuée de façon homogène à travers tous les taxa. Cette étude explore la connexion entre les états physiologiques et la composition taxonomique dans les communautés bactériennes de lacs. Dans cette étude, nous nous sommes concentrés sur les cellules avec un contenu élevé et bas d'acides nucléiques et les cellules avec une membrane intacte ou endommagée. Dans le premier cas, le colorant nucléique Syto 13 permettra de différencier les cellules à haut et bas taux d'acides nucléiques. Pour l'intégrité des membranes cellulaires, celles-ci seront étudiées avec Baclight, un produit composé de deux colorants. Nous avons analysé les fractions en utilisant la cytométrie en flux et le triage cellulaire pour séparer physiquement les fractions bactériennes. Les échantillons ont été ensuite concentrés et l'ADN résultant a été extrait, amplifié et analysé en utilisant la DGGE. Les résultats montrent qu'il y a une différence entre la composition taxonomique et les différents états physiologiques, i.e. ce ne sont pas les mêmes espèces que l'on retrouve entre les cellules avec une membrane intacte et endommagée et entre les bactéries à haut taux ou bas taux d'acides nucléiques. Ces différences sont observées par la présence ou l'absence de bandes (DGGE) et plus souvent dans l'intensité des bandes. Ces résultats tentent de montrer qu'une connexion existe entre les états physiologiques et la composition taxonomique des communautés bactériennes, ce qui pourrait avoir des implications au niveau du fonctionnement et de la régulation de ces communautés. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Triage cellulaire, composition bactérienne, lacs, état physiologique, DGGE, bactérioplancton

Les hypothèses actuelles en science halieutique prédisent un fort recrutement des populations de poissons lorsque les conditions environnementales favorisent la croissance rapide durant les jeunes stades de vie. Les coupes forestières dans les bassins versants provoquent une augmentation de la concentration en éléments nutritifs de l'eau dans les lacs oligotrophes boréaux. Ces changements environnementaux sont susceptibles de modifier les conditions d'alimentation et de croissance des larves et des juvéniles et ultimement, ils risquent d'influencer la survie et le recrutement des populations de poissons. L'objectif de cette étude était de déterminer l'impact des coupes forestières sur l'écologie des jeunes stades de vie chez la perchaude (Perca flavescens) dans les lacs du bouclier boréal laurentien. Pour atteindre cet objectif, des perchaudes de l'année ont été capturées durant trois années consécutives (2003, 2004 et 2005), dans trois lacs dont le bassin versant a subi des coupes forestières après la première année d'échantillonnage et dans trois lacs non perturbés. Les caractéristiques de croissance individuelle ont été mesurées chez ces perchaudes à l'aide de l'analyse de la microstructure de l'otolithe. Les coupes forestières ont provoqué une augmentation des taux de croissance durant les stades larvaire et juvénile en 2005, qui était accompagnée d'une augmentation de la biomasse algale. Nous avons vérifié l'influence trophique des modifications environnementales en pratiquant l'analyse des contenus stomacaux des perchaudes en 2005. Ces analyses ont montré que les perchaudes à croissance rapide avaient une diète différente, basée sur les proies du genre Daphnia. Nous avons aussi mesuré une plus grande abondance de Daphnia spp. et des concentrations de carbone organique dissous plus élevées dans les lacs perturbés en 2005. Les résultats suggèrent que les jeunes perchaudes ont bénéficié d'une plus grande abondance de proies qui, couplée à une meilleure détection, a mené à une croissance rapide. L'influence des conditions environnementales favorables sur la croissance rapide des perchaudes des lacs perturbés a été confirmée en écartant la possibilité que la croissance rapide ait été créée par une survie sélective à la croissance ou par un potentiel pour la croissance rapide déjà présent à l'éclosion. Les analyses de survie sélective à la croissance ont montré que la croissance rapide n'était pas toujours sélectionnée; elles ont plutôt montré que la direction de la sélection était variable d'une population à l'autre. Enfin, les implications des conditions environnementales et de la sélection pour la croissance rapide ou lente ont été discutées dans une perspective de prédiction du recrutement des populations de perchaudes. Nos résultats suggèrent que les conditions environnementales favorisant la croissance sont en grande partie responsables de la force du recrutement, mais que la direction et l'intensité de la survie sélective à la croissance peuvent en ajuster le niveau du recrutement. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Perchaude, Jeunes stades de vie, Croissance, Succès d'alimentation, Survie sélective à la croissance, Recrutement, Coupes forestières, Carbone organique dissous, Forces écologiques ascendantes, Microstructure de l'otolithe.

Les lichens terricoles constituent une composante importante de l'écosystème forestier boréal. Cependant, cet écosystème est dynamisé par différentes perturbations qui créent des changements environnementaux qui ont une répercussion directe sur la dynamique des populations des lichens terricoles, en particulier sur les espèces du genre Cladina. À leur tour, ces changements peuvent affecter le caribou forestier, les Cladina étant l'une de ses principales ressources alimentaires durant la saison hivernale. Les perturbations naturelles sont, dans une large part, responsables de la dynamique des Cladina en forêt boréale québécoise. Or, au cours des dernières décennies, la forêt boréale a subi de profondes transformations. La coupe totale sur de grandes superficies est devenue la principale pratique forestière. Ainsi, les régimes naturels de perturbations occupent des superficies moindres par rapport aux perturbations créées par l'aménagement forestier. Malgré l'importance de plus en plus grande de l'aménagement forestier, très peu de travaux ont documenté la réponse des lichens, entre autres les Cladina, aux effets de la coupe en forêt boréale. L'objectif général de cette thèse est de comprendre la dynamique d'installation et la croissance des lichens terricoles en particulier des Cladina après les perturbations naturelles et anthropiques dans les forêts d'épinettes noires de la ceinture d'argile du Québec. Dans cette étude, nous nous sommes fixés comme premier objectif de déterminer les principales différences structurales caractérisant les stades de développement des forêts d'épinettes noires et de comparer la biomasse des Cladina ainsi que la diversité et la composition des communautés de lichens terricoles. Les jeunes peuplements avaient montré un plus grand taux de recouvrement, une plus grande diversité et une plus grande biomasse des Cladina. Avec la fermeture de la canopée, dans les sites âgés de plus de 50 ans, on observe que la biomasse des Cladina et la composition en espèces des lichens terricoles diminuent considérablement pour ensuite augmenter dans les sites âgés de plus de 200 ans. La répartition des différentes espèces, telle que révélée par l'analyse canonique des correspondances, montre une distribution en fonction des caractéristiques des sites. Les lichens terricoles sont plus abondants dans les sites où l'épaisseur de la matière organique est faible. D'autre part, les résultats des analyses de régression multiple des variables environnementales montrent que l'ouverture de la canopée et l'épaisseur de la matière organique avaient un effet significatif sur le taux de recouvrement et la diversité des lichens terricoles, alors que l'âge et l'ouverture de la canopée montrent un effet significatif sur la biomasse des Cladina. L'arbre de régression multivariable avait montré que le temps et l'habitat sont des facteurs importants, puisqu'ils jouent des rôles différents dans la détermination de la composition des communautés lichéniques terricoles. Dans le chapitre deux, nous avons effectué une étude comparative de l'impact des feux et des coupes sur la composition, la diversité, l'abondance et la biomasse des communautés lichéniques dans la pessière noire à mousses du Québec. Les feux sont caractérisés par une plus grande abondance de mousses pionnières et ont affiché une dynamique d'établissement précoce de lichens terricoles avec une certaine abondance des Cladina dans le tapis lichénique. À l'opposé, davantage de lichens résiduels caractérisaient les communautés après coupe, la recolonisation des sites de CPRS (coupe avec protection de la régénération et des sols) indique que les lichens terricoles s'établissent plus tard avec l'établissement des Cladonia en premier suivies des Cladina. Cinq ans après perturbation, la richesse en espèces des lichens terricoles ainsi que la biomasse des Cladina étaient plus élevées dans les coupes que dans les feux. Toutefois, quelle que soit la nature de la perturbation (coupe ou feu), avec le temps (28 ans après perturbation), l'abondance, la biomasse et la richesse, des lichens terricoles sont comparables, en raison de l'ouverture de la canopée qui offre un microclimat idéal à la recolonisation des sites par les Cladina et les Cladonia dans les sites brûlés, et à leur persistance et leur développement dans les sites issus de CPRS. Comme les Cladina sont directement touchées par les coupes forestières qui perturbent leur habitat et qu'ils sont intimement associés aux stades post-incendies, nous nous sommes fixés comme troisième objectif de voir si l'aménagement par coupe partielle pourrait recréer l'hétérogénéité structurale nécessaire au maintien de l'abondance et de la croissance des Cladina. Nous avons quantifié la croissance de trois espèces de Cladina dans trois traitements de trois sites d'un réseau des coupes partielles, soient : (1) un témoin (non coupé); (2) une coupe partielle (niveaux d'extraction 45 à 86%); (3) une coupe totale (CPRS), afin de tester l'hypothèse selon laquelle l'aménagement par coupe partielle pourrait recréer l'hétérogénéité structurale nécessaire au maintien de l'abondance et à la croissance des Cladina. Les taux de croissance des trois espèces dans les trois sites variaient entre les espèces et entre les sites. Cependant, la variation la plus significative a été observée entre les traitements. La croissance des lichens était similaire dans les blocs de coupes partielles et des CPRS, tandis qu'une perte de biomasse a été observée chez un grand nombre de thalles dans les blocs témoins de forêts matures non récoltées. Les résultats de cette étude ont aussi montré que les coupes partielles seraient davantage susceptibles d'assurer le maintien des Cladina que les CPRS. De plus, en offrant de meilleures conditions de croissance aux lichens terricoles, les coupes partielles pourraient contribuer à conserver une ressource alimentaire importante pour le caribou forestier (Rangifer tarandus) tout en préservant des conditions forestières qui se rapprochent des forêts âgées, dont un couvert de protection, important pour cette espèce. Les résultats de cette thèse permettent de faire quelques recommandations quant au maintien des lichens dans les paysages aménagés. Nous suggérons des traitements sylvicoles par coupes partielles, car ils ont le potentiel de mieux préserver l'abondance des Cladina et de créer des conditions idéales à leur croissance, ce qu'une sylviculture conventionnelle par CPRS ne peut faire. Il y a cependant certaines limitations qui ne permettent pas à ce système de sylviculture expérimentale d'être adopté dans des peuplements démontrant un degré élevé de paludification. Pour ces forêts, une coupe totale suivie d'un feu dirigé serait la meilleure option afin de diminuer l'épaisseur de la matière organique et d'empêcher le retour rapide à la paludification ainsi que la préservation de l'habitat des lichens à long terme. Néanmoins, il est important de maintenir des vieilles forêts non perturbées pour la préservation de la biodiversité. En conclusion, un suivi périodique de l'abondance des Cladina dans le réseau des coupes partielles ainsi que des expérimentations de scénarios de brûlage dirigé après coupes totales sont recommandés. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Épinettes noires, CPRS, coupes partielles, feu, Cladina, Cladonia.