Face à une méconnaissance de la variabilité intraspécifique des traits fonctionnels végétaux, ce travail visait à la quantifier, comprendre le rôle des gradients environnementaux sur celle-ci, quantifier son importance relative vis-à-vis de la variabilité interspécifique et tester son impact sur le calcul d'indices de diversité fonctionnelle et un modèle de dynamique de la végétation. Suivant une stratégie d'échantillonnage stratifiée et hiérarchique, nous avons collecté des traits sur seize espèces communes d'une vallée alpine française. Nous avons montré qu'il existait une forte variabilité intraspécifique des traits. Celle-ci était plus faible que la variabilité interspécifique, mais non négligeable, elle résultait en partie d'effets environnementaux, pouvait être expliquée par les modèles d'habitat de chaque espèce et modifiait fortement le calcul des indices de diversité fonctionnelle. En conclusion la variabilité fonctionnelle intraspécifique devrait être plus souvent considérée.

Le principal objectif de cette thèse était de mieux comprendre l'importance des Substances Polymériques Extracellulaires (SPE) dans la structuration et la formation des biofilms benthiques ; tout en s'inscrivant dans une étude plus globale des mécanismes écologiques impliqués dans le fonctionnement des vasières intertidales. La mise au point des dosages biochimiques a été effectuée sur le mucilage de l'algue Chaetomorpha aerea et a permis en parallèle de purifier un polysaccharide sulfaté riche en galactose, présentant une activité bactéricide sélective contre la souche Staphylococcus aureus (ATCC 25923). Les études biochimiques et écologiques menées sur les SPE extraits de la vasière charentaise ont ensuite permis de quantifier leur dynamique de production et leur composition, en fonction des conditions environnementales. La présence de désoxy-sucres et d'acides uroniques au sein des SPE capsulaires a laissé supposer que ces fractions jouaient un rôle important dans la formation et le devenir du biofilm microphytobenthique. La dernière partie des travaux a permis de caractériser les propriétés acide/base de Lewis et hydrophile/hydrophobe de la surface de la micro-algue Navicula jeffreyi, impliquée dans la formation de biofilms benthiques, par des méthodes classiques d'analyse. L'utilisation d'une nouvelle méthode, la Chromatographie Gazeuse Inverse (CGI), a permis d'obtenir des résultats intéressants et relativement similaires, confirmant le caractère prometteur de la CGI pour l'étude des propriétés de surface des micro-organismes.

Le métabolisme du soufre, qui occupe une place centrale au sein de la cellule, est aussi important lors de la fabrication des fromages à pâte molle à croûte lavée. L'écosystème fromager assimile les acides aminés soufrés et peut ainsi produire des composés soufrés volatils (CSVs) indispensables à la flaveur de ces produits. Nous avons étudié le métabolisme du soufre chez deux micro-organismes d'affinage, les levures hémiascomycètes Kluyveromyces lactis et Yarrowia lipolytica. L'analyse in silico du phylum des hémiascomycètes nous a donné pour la première fois une vision évolutive de ce métabolisme. Nous avons relevé des différences fondamentales au niveau de la synthèse de la cystéine mais aussi au niveau des enzymes impliquées dans la production de CSVs. Cette analyse constitue une base solide pour l'étude du métabolisme du soufre. Nous avons combiné plusieurs approches exploratoires (transcriptome, métabolome, dosage des CSVs) afin d'avoir une vision globale de ce métabolisme chez K. lactis et Y.lipolytica. Les différences observées se situent notamment au niveau des voies de synthèse de la cystéine et de la taurine. La production de CSVs semble liée à la surexpression de transaminases spécifiques à chaque espèce combinée à l'accumulation de méthionine intracellulaire. L'affinage du fromage dépendant de tout un écosystème, nous avons également étudié l'interaction entre deux micro-organismes d'affinage, K. lactis et Brevibacterium aurantiacum via une approche transcriptomique, en comparant l'expression d'une co-culture à celle des cultures pures. Nous avons observé de profondes modifications métaboliques touchant notamment le métabolisme du carbone et celui de la biotine.

Le métabolisme du soufre, qui occupe une place centrale au sein de la cellule, est aussi important lors de la fabrication des fromages à pâte molle à croûte lavée. L'écosystème fromager assimile les acides aminés soufrés et peut ainsi produire des composés soufrés volatils (CSVs) indispensables à la flaveur de ces produits. Nous avons étudié le métabolisme du soufre chez deux micro-organismes d'affinage, les levures hémiascomycètes Kluyveromyces lactis et Yarrowia lipolytica. L'analyse in silico du phylum des hémiascomycètes nous a donné pour la première fois une vision évolutive de ce métabolisme. Nous avons relevé des différences fondamentales au niveau de la synthèse de la cystéine mais aussi au niveau des enzymes impliquées dans la production de CSVs. Cette analyse constitue une base solide pour l'étude du métabolisme du soufre. Nous avons combiné plusieurs approches exploratoires (transcriptome, métabolome, dosage des CSVs) afin d'avoir une vision globale de ce métabolisme chez K. lactis et Y.lipolytica. Les différences observées se situent notamment au niveau des voies de synthèse de la cystéine et de la taurine. La production de CSVs semble liée à la surexpression de transaminases spécifiques à chaque espèce combinée à l'accumulation de méthionine intracellulaire. L'affinage du fromage dépendant de tout un écosystème, nous avons également étudié l'interaction entre deux micro-organismes d'affinage, K. lactis et Brevibacterium aurantiacum via une approche transcriptomique, en comparant l'expression d'une co-culture à celle des cultures pures. Nous avons observé de profondes modifications métaboliques touchant notamment le métabolisme du carbone et celui de la biotine.

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

Cette thèse a pour objet la modélisation de systèmes multi-proies-prédateurs. Elle s'intéresse particulièrement à l'influence du comportement d'un prédateur sur les interactions indirectes entre ses proies, i.e. l'effet de l'ajout d'une proie sur la densité des autres. La théorie classique prédit l'occurrence d'effets indirects négatifs entre les proies, ou compétition apparente, résultant de l'interaction avec un prédateur commun ; des résultats plus récents identifient certains mécanismes à même d'atténuer ces effets négatifs. Nos travaux revisitent les hypothèses autour de ces mécanismes dans des systèmes composés de deux proies et de leur prédateur commun. Après avoir fixé le cadre écologique en rappelant les principaux types d'interactions directes et indirectes, nous introduisons les modèles proies-prédateurs classiques. Les travaux se concentrent ensuite sur une famille de modèles présentant de la densité-dépendance négative chez les prédateurs couplés à différentes modélisations du comportement des prédateurs lorsqu'ils sont confrontés à plusieurs types de proies. Nous montrons notamment que les interactions entre ces mécanismes peuvent inverser la compétition apparente et, contre intuitivement, accroître la densité des proies par l'intermédiaire d'un prédateur commun. Nos résultats trouvent pour partie application en lutte biologique, où il est courant de chercher à favoriser les auxiliaires en aménageant leur environnement (apport de nourriture alternative, refuge, ...). Ils suggèrent que de telles pratiques peuvent se révéler contre-productives, le contrôle des ravageurs pouvant être affaibli du fait d'une distraction de leurs prédateurs.

Le procédé à biofilm R3F / MBBR est une technologie récente en France qui vient s'ajouter à la gamme des procédés biologiques de traitement de la matière organique et azotée des eaux usées. Sa valeur ajoutée repose sur sa compacité grâce au développement d'une quantité importante de biomasse bactérienne dans un ouvrage à emprise au sol faible. Ainsi, le procédé R3F / MBBR s'avère être une solution intéressante pour le traitement de l'azote dans un contexte de contrainte foncière importante. Le principe de la technologie est l'emploi de biomédias, supports plastiques de quelques centimètres, sur lesquels un biofilm bactérien se développe. Ces biomédias sont mis en suspension dans le réacteur par insufflation d'air ou par brassage mécanique. Aujourd'hui, la modélisation est devenue un outil précieux d'aide au dimensionnement. S'il existe beaucoup de modèles de biofilm aujourd'hui, peu de travaux de recherche ont abouti à l'élaboration d'un modèle dynamique R3F / MBBR à destination de l'ingénierie et capable de simuler le procédé en conditions réelles. Ainsi, l'objectif principal de cette thèse est la construction d'un modèle dynamique utilisable en ingénierie. La validation d'un tel modèle avec des données de terrain n'ayant pas encore été faite, ce point constituera une originalité. Pour ce faire, le fonctionnement d'une unité pilote R3F alimentée par des eaux résiduaires urbaines a été étudié. Le suivi du pilote pendant près de 2 ans en régime pseudo-permanent a d'abord permis d'évaluer les performances de 3 biomédias, travail là encore jamais réalisé. Ensuite, le régime dynamique, par l'application d'à-coups de charge hydraulique à une charge surfacique appliquée donnée, a été étudié. Une campagne de mesure intensive pendant une période de 4 jours en régime dynamique a servi de base pour le calage du modèle. Une période de 30 jours en régime pseudo-permanent a servi de base pour la validation du modèle.Ce travail de modélisation a abouti à l'élaboration d'un protocole de calage qui informe des paramètres à mesurer, et à modifier pour obtenir un modèle dynamique du procédé R3F / MBBR capable de simuler son fonctionnement en conditions réelles. Des protocoles de mesure ont également été élaborés pour estimer la valeur des paramètres à mesurer. Des simulations prédictives réalisées avec le modèle nouvellement calé ont ensuite permis d'évaluer le procédé dans de nouvelles conditions de fonctionnement. Une étude critique du modèle a abouti à la détermination de faiblesses qui limitent la qualité des simulations. Pour ces faiblesses, des propositions d'amélioration ont été apportées.

A l'heure où l'on se préoccupe de la perte de biodiversité face aux invasions biologiques et aux activités humaines, comprendre les mécanismes expliquant le succès de ces invasions est devenu primordial. Dans cette étude, nous avons mesuré les traits d'histoire de vie de Rubus alceifolius Poiret (Rosaceae), une ronce géante originaire du Sud-est asiatique, considérée à la Réunion comme l'une des plantes les plus abondantes et menaçantes pour les écosystèmes indigènes. Cette espèce clonale, introduite à partir d'un seul génotype au 19e siècle, occupe aujourd'hui une très large gamme d'habitats de 0 à 1 700 m d'altitude. Les résultats ont montré que R. alceifolius possède une forme de croissance mi-liane-mi-buisson, des modes de multiplication variés (semis, marcottes, rejets de souche, boutures), une période juvénile courte, une production de fruits et de graines régulières et abondantes à basse altitude, une forte capacité de croissance végétative et une importante plasticité phénotypique qui lui permet de coloniser rapidement les habitants après perturbations. L'une des particularités de cette espèce est sa stratégie de développement qui varie avec l'altitude. Ainsi au dessous de 1 100 m, cette espèce se développe par multiplication sexuée (formant une importante banque de graines) et végétative, alors qu'au-dessous de 1 100 m, elle ne se multiplie que végétativement. Nous avons mis en relation ces différents traits avec le régime des perturbations naturelle ou anthropique : chablis forestiers, ouvertures de chemins forestiers, parcelles de régénération sylvicole. Ces résultats soulignent l'importance de considérer une invasion comme l'interaction entre l'espèce exotique et l'écosystème envahi. D'un point de vue théorique, ils permettent de mieux comprendre les mécanismes expliquant le succès d'une invasion et ils complètent plus précisément le rôle de certains traits biologiques dans la colonisation de nouveaux milieux. Cette étude, en orientant les programmes de lutte, contribue entre autre à améliorer les méthodologies qui pourront être utilisées dans des plans de conservation des habitats menacés.

Caractérisé par des eaux oligotrophes à mésotrophes, le lagon Sud Ouest de Nouvelle-Calédonie reçoit une part importante des effluents urbains de la ville de Nouméa. L'objectif de ce travail était d'évaluer les réponses des communautés phytoplanctoniques et bactériennes aux apports en nutriments dans ce système côtier lagonaire tropical. Un suivi annuel montre une faible saisonnalité des biomasses et productions bactériennes et phytoplanctoniques avec des maxima en Décembre-Janvier (été austral) et Avril-Mai et un minimum en Août, pendant l'hiver austral. Cette tendance saisonnière est entachée par d'importantes fluctuations à court terme de ces variables, vraisemblablement induites par le renouvellement des eaux lagonaires par les eaux océaniques sous l'influence du vent. Les gradients en nutriments au voisinage de Nouméa sont observables à ces 3 périodes caractéristiques. Elles ont donc été choisies pour évaluer la réponse des communautés bactérienne et phytoplanctonique aux enrichissements en nutriments. L'azote semble être l'élément limitant la production phytoplanctonique. La biomasse phytoplanctonique et la production primaire augmentent sensiblement en réponse aux accroissements en nutriments et cette stimulation s'accompagne d'une augmentation de la taille moyenne du phytoplancton. La production bactérienne augmente proportionnellement plus que la production primaire et la demande bactérienne en carbone excède largement la production primaire particulaire planctonique aux stations les plus enrichies. Au sein du picophytoplancton, les Prochlorococccus dominent largement dans les eaux océaniques proches et aux stations lagonaires les plus oligotrophes et sont remplacés par les Synechococcus et des picoeucaryotes autotrophes aux sites les plus enrichis. Au sein du nano- et du microphytoplancton, les peuplements des eaux oligotrophes dominés par les coccolithophoracées et les dinoflagellés sont remplacés par des peuplements où les diatomées prédominent aux sites les plus eutrophisés. La structure des communautés bactériennes étudiée par T-RFLP ne montre pas de variations spatiales importantes des communautés bactériennes libres et attachées aux particules, excepté dans les fonds de baie les plus altérés par les apports nutritifs. En une station représentative des conditions lagonaires, la structure des communautés bactériennes libres reste stable au cours de l'année et n'apparaît pas liée à la production bactérienne. A l'opposé, la structure des communautés bactériennes attachées aux particules montre d'importantes variations à court terme.

En assurant la dispersion, la phase larvaire joue un role fondamental dans la dynamique des populations d'invertébrés marins à cycle de vie bentho-pélagique et détermine la connectivité au sein des métapopulations marines. La connectivité en milieu marin influence ainsi directement la dynamique des métapopulations et la persistance des populations locales, les potentialités d'expansion des espèces en réponse à des changements des conditions environnementales ou les limites biogéographiques d'aire de distribution des espèces. Dans ce contexte, le but du présent travail a été de mieux comprendre les roles relatifs joués par les processus hydrodynamiques et hydroclimatiques, et les traits d'histoire de vie des invertébrés sur la dispersion larvaire et la connectivité en milieu cotier dans le Golfe de Gascogne et la Manche occidentale. Pour répondre à cette question, une approche couplée a été mise en oeuvre, alliant l'observation in situ et la modélisation biologie-physique à deux échelles spatiales : régionale et locale. Dans le Nord du Golfe de Gascogne, la description de la distribution larvaire de trois espèces cotières de polychètes (Pectinaria koreni, Owenia fusiformis, et Sabellaria alveolata) a mis en évidence le role prépondérant de l'organisation spatiale des structures hydrologiques à méso-échelle (i.e. plumes estuariennes) dans la variabilité de la distribution des abondances larvaires. à l'échelle régionale du Golfe de Gascogne et de la Manche occidentale, la simulation lagrangienne de la dispersion larvaire en conditions hydroclimatiques réalistes a souligné l'importance de la variabilité saisonnière des conditions hydroclimatiques et des traits d'histoire de vie (mois de ponte, durée de vie larvaire, comportement natatoire) dans le transport larvaire et la connectivité entre populations. Ces résultats ont suggéré de possibles échanges larvaires depuis les populations cotières du Golfe de Gascogne vers celles de la Manche occidentale, i.e. à travers une zone de transition biogéographique. Ils ont aussi permis de tester plusieurs hypothèses sur les conséquences possibles du changement climatique sur la dispersion et la connectivité entre populations marines, i.e. via une période de ponte précoce et une durée de vie larvaire raccourcie. à l'échelle locale du Golfe Normand-Breton, un modèle eulérien de dispersion a permis d'estimer la connectivité entre les récifs biogéniques construits par une espèce à forte valeur patrimoniale, Sabellaria alveolata. Ce modèle a permis de déterminer les influences relatives de la variabilité intra- et inter-annuelle des conditions hydroclimatiques sur la connectivité, dans un contexte de gestion et de conservation d'un patrimoine naturel.