Les phénomènes étudiés par les sciences de la biodiversité sont complexes. Que peut apporter un chercheur, de son point de vue particulier, d'un champ d'investigation réduit, et de par ses moyens limités, à la compréhension de tels phénomènes ? Le sujet de ce mémoire s'inscrit dans ce registre, tout en précisant : " Quelle est la situation des analyses de la diversité génétique dans la recherche en écologie ? "

La littérature n'est pas unanime quant à l'effet favorable ou défavorable du changement climatique sur les pays en voie de développement. En effet, si plusieurs travaux concluent que l'agriculture des pays en voie de développement est vulnérable au changement climatique à cause de la prédominance de l'agriculture à faible capital, d'autres suggèrent le contraire. Cette thèse a pour objectif d'étudier l'impact du changement climatique sur l'agriculture tunisienne en utilisant une analyse ricardienne de la valeur ajoutée agricole. Nous effectuons une analyse spatio-temporelle de la réponse de la valeur ajoutée agricole au changement climatique sur une base de données relative à 21 gouvernorats de la Tunisie qui couvre la période 1992-2007. Sur la base des résultats d'estimation de cette analyse, nous procédons à une simulation de l'impact du changement climatique sur l'agriculture relativement aux projections d'un scénario modéré à l'horizon 2020. Les résultats suggèrent que le changement climatique combiné à une évolution du niveau technologique aurait des effets bénéfiques sur l'agriculture tunisienne. Ce résultat remettrait en question les conclusions de la majorité des travaux existants dans la littérature qui insistent sur les effets négatifs du changement climatique sur l'agriculture.

L'augmentation de populations de cerfs pose d'importants problèmes écologiques et socio-économiques à l'échelle locale et mondiale. Des signes de densité-dépendance sont souvent observés, mais les cerfs restent abondants malgré l'importante dégradation du milieu qu'ils provoquent. Ceci soulève la question de l'ajustement des cerfs aux changements de milieu qu'ils créent ? Nous avons abordé cette question en recherchant comment les cerfs gèrent leur ressource alimentaire en fonction du risque de prédation. La prédation, en plus de son effet consommateur (élimination de proie), peut moduler le comportement et la physiologie des proies (effet non consommateur) qui doivent balancer le fait de se nourrir et le risque de prédation. Cette étude contribue à mieux comprendre comment les cerfs maintiennent d'abondantes populations dans des milieux qu'ils ont eux-mêmes appauvris.Notre projet s'est intéressé au cerf-à-queue-noire Sitka (Odocoileus hemionus sitkensis) sur trois îles de l'archipel d'Haïda Gwaii (B.C., Canada). Ces îles sont dépourvues des principaux prédateurs naturels du cerf (loup et puma) et ont été colonisées par les cerfs il y a plus de 60 ans. Lors de notre étude, ces îles présentaient des niveaux contrastés de nourriture et de risque de prédation : sur deux îles, les cerfs vivaient sans prédateur mais avaient fortement appauvri leur milieu (îles sans risque/pauvre). Sur la troisième île, les cerfs étaient chassés et bénéficiaient d'un sous-bois forestier partiellement restauré comme nourriture (île risquée/riche).Dans ce cadre, nous avons étudié : 1) sur quelles ressources les cerfs pouvaient maintenir de denses populations dans des milieux très abroutis ?; 2) comment le stress alimentaire ou le risque de prédation influençaient la réponse physiologique au stress des cerfs?; 3) les cerfs naïfs à la prédation ont-ils maintenu des niveaux de vigilance dans des milieux très abroutis et comment répondaient-ils à des stimuli olfactifs de prédateurs ?; et 4) comment, dans des milieux très abroutis, les cerfs naïfs à la prédation répondaient-ils à une chasse expérimentale pour faire peur et comment cela affectait la végétation ?Notre étude a montré que : 1) les chutes de feuilles de la canopée et la pousse annuelle de plantes rhizomateuses offraient une grande quantité d'énergie pour les cerfs et contribuaient au maintien de denses populations de cerfs dans des milieux appauvris ; 2) La présence de stress alimentaire ou de risque de prédation n'affectaient pas la réponse physiologique au stress des cerfs, suggérant l'existence d' ajustements comportementaux et/ou physiologiques permettant de réduire l'exposition des cerfs à ces deux stresseurs ; 3) sur les îles sans risque/pauvre, les cerfs ont maintenu la vigilance malgré 60 ans d'isolation à la prédation. En outre, les cerfs naïfs à la prédation évitaient de manger en présence d'urine de loup (dangereux) mais pas en présence d'urine d'ours (moins dangereux), suggérant que les cerfs présentaient une stratégie innée de nourrissage sensible au risque. Les cerfs restaient aussi moins longtemps aux stations d'appâtage en présence d'urine de loup mais n'augmentaient pas leur niveau de vigilance, suggérant qu'ils géraient le risque spatialement plutôt que par la vigilance ; 4) En réponse à une chasse expérimentale pour faire peur réalisée sur une des îles sans risque/pauvre, seuls les cerfs les moins tolérant à la perturbation humaines évitaient la zone chassée. Ceci souligna l'importance de la sélection des traits comportementaux induis par l'homme dans la gestion de la faune et de la flore. Nous avons aussi suivi la croissance de quatre espèces de plantes côtières à croissance rapide et avons montré que notre chasse expérimentale favorisait la croissance de la moitié d'entre elles, soulignant l'interaction complexe entre le comportement de nourrissage et les caractéristiques des plantes, ainsi que l'importance des objectifs dans le choix des outils de gestion.

Les relations interspécifiques sont un indicateur naturel de l'état de santé d'un écosystème et de son éventuelle évolution. Dans le contexte actuel de changement climatique et d'intensification des activités humaines, nous décrivons, par une approche intégrée, les interactions existant entre les tortues vertes et leurs ressources trophiques, afin de contribuer à la compréhension de la dynamique de la biodiversité marine. La tortue verte est la seule tortue marine herbivore aux stades sub-adulte et adulte. Elle se nourrit principalement sur des herbiers de phanérogames marines et des algueraies en milieu côtier relativement peu profonds et constitue ainsi un modèle privilégié pour étudier l'écologie trophique et fonctionnelle des tortues marines en conditions naturelles. Le travail présenté dans ce manuscrit étudie deux populations de tortues vertes : la première s'alimentant de phanérogames marines sur le site de N'Gouja à Mayotte et la seconde d'algues benthiques sur la côte ouest de l'Ile de La Réunion. A ce stade de l'étude, le système tortues vertes-herbier est le mieux connu. Nous proposons une synthèse des relations existant entre le comportement de plongée et d'alimentation d'individus juvéniles et adultes avec la disponibilité trophique au sein d'un herbier marin plurispécifique. Ceci a été obtenu à partir de systèmes d'acquisition embarqués, d'observation directes de tortues vertes et de relevés phyto-écologiques conventionnels. Par ailleurs, notre étude a permis d'engager le suivi du système tortues vertes - herbier marin de N'Gouja et d'en décrire les premières tendances. En quatre ans, une diminution de près de 80 % de la biomasse végétale du site de N'Gouja accentue la pression d'herbivorie des tortues vertes sur l'herbier. Ce phénomène entraîne l'appauvrissement de la diversité spécifique des phanérogames en faveur des espèces végétales pionnières. La diminution parallèle de l'effectif de la population de tortues vertes du site de N'Gouja suggère un modèle alimentaire basé sur le principe de densité-dépendance. Les conséquences d'une surexploitation de l'herbier par les tortues vertes sont alors en opposition avec celles obtenues suite à la simulation d'une pression d'herbivorie nulle. Nous montrons que sous une pression d'herbivorie modérée, un stade successionel intermédiaire de l'herbier est maintenu et la diversité spécifique est favorisée par la diminution des capacités compétitives des espèces consommées. Il découle ainsi de notre étude des indicateurs du stade phytodynamique d'un herbier plurispécifique et de la pression d'herbivorie exercée par les tortues vertes qui permettent d'envisager les réponses écosystémiques d'un système tel que celui de N'Gouja sous différents scénarios environnementaux. Enfin, dans un cadre plus large, nous posons la question de savoir si l'évolution statutaire de Mayotte peut contribuer à approfondir et pérenniser la protection des tortues marines qui se trouvent sur son territoire. Nous décrivons la départementalisation comme un moyen d'accentuer le processus de clarification du droit applicable à Mayotte et d'assurer des moyens humains, matériels, et financiers nécessaires à la protection de l'environnement. Des recensements aériens réalisés au dessus de la côte ouest de l'île de La Réunion révèlent la présence d'individus sexuellement matures et immatures, dont le nombre augmente depuis 1996. Cette approche nous aura permis d'identifier une fréquentation préférentielle des habitats coralliens et de décrire, à partir d'observations sous-marines parallèles, la côte ouest de l'île comme un site d'alimentation d'individus matures et d'individus en phase de croissance. Ce travail renforce les bases scientifiques nécessaires à la mise en place de stratégies de conservation des tortues marines et de leurs habitats.

L'anthropisation croissante des territoires a conduit à la transformation profonde des écosystèmes et à une perte massive, rapide et irréversible de la biodiversité. La réglementation nationale française impose aujourd'hui aux aménageurs du territoire d'évaluer, a priori et a posteriori, les impacts environnementaux de leurs projets de construction (ex : infrastructures routières) et notamment les impacts sur la biodiversité. Cette réglementation impose également de proposer des mesures d'évitement, de réduction, et de compensation, lorsqu'il existe des impacts résiduels, par la création ou la restauration de la biodiversité dégradée. En l'absence d'outils performants à disposition des gestionnaires, les échecs de la prédiction des impacts et de l'évaluation de l'efficacité des mesures conservatoires sont nombreux. L'objectif général de cette thèse est de proposer une nouvelle approche méthodologique pour (i) caractériser les processus et les paramètres abiotiques impactant la diversité végétale des communautés, (ii) analyser l'efficacité d'un projet de création et (iii) proposer, à la lecture de ces résultats, des nouvelles mesures de valorisation de la biodiversité végétale du site d'étude. Le site étudié est un aménagement paysager autoroutier, au sein duquel des semis et des plantations ont été réalisées par le constructeur, deux ans avant le début de notre étude. Nous avons restreint l'étude mécaniste du compartiment abiotique à celle du fonctionnement hydrologique (modélisé à l'aide d'HYDRUS-1D). [...] Suite et fin du résumé dans la thèse.

Ce travail s'inscrit dans le domaine de la contamination des logements par le plomb. Il a consisté à estimer la prévalence des logements possédant un risque plomb et à identifier les déterminants de la contamination des poussières intérieures déposées au sol. Le travail s'est basé sur les données collectées dans 484 logements et 1834 pièces lors de la réalisation de l'enquête Plomb-Habitat (2008-2009). L'échantillon a été obtenu par un plan de sondage complexe à partir duquel un poids de sondage a été associé à chaque logement. La démarche s'est organisée en 4 temps. Elle a consisté tout d'abord à valider les données avant de réaliser les analyses statistiques. Puis elle a consisté dans un second temps à estimer les niveaux en plomb dans l'eau du robinet, dans les revêtements intérieurs, dans les aires de jeu extérieures des enfants ainsi que dans la poussière intérieure déposée au sol. Dans un troisième temps les contributions des sources potentielles pouvant contaminer cette poussière ont été estimées. Ceci a été réalisé par un modèle multi-niveaux sur données d'enquête, sans pondération ; le niveau 1 était constitué des pièces et le niveau 2 constitué des logements. Dans un quatrième temps, une simulation Monte Carlo a été réalisée afin de s'assurer de la pertinence du modèle ajusté à l'étape précédente. Ce travail a permis pour la première fois de réaliser un état de la contamination par le plomb dans les logements français. Il montre que concernant les niveaux en plomb dans l'eau du robinet, les poussières intérieures au sol, la peinture au plomb et les sols des aires de jeu extérieures, respectivement 2,5 %, 0,21 %, 24,5 % et 1,4 % des logements sont à risque dans la mesure où le seuil de référence respectif est dépassé. Ce travail met en évidence que les poussières du palier d'appartement sont le principal contributeur dans la contamination des poussières intérieures. Enfin ce travail a permis de montrer sur des données réelles d'enquête qu'une pondération non adéquate au niveau 2 d'un modèle multi-niveaux pouvait induire des estimateurs biaisés. Il serait intéressant à partir des résultats obtenus de définir le concept de logement à risque plomb et de proposer un diagnostic technique permettant de mettre aisément en évidence le risque plomb global d'un logement. Il serait en outre intéressant d'étudier plus précisément les voies de contamination entre les différents compartiments environnementaux et de généraliser les résultats concernant la pondération à utiliser dans une modélisation multi-niveaux sur données d'enquête.

Les concepts d’écosystèmes et de communautés sont centraux aux explications en écologie ainsi qu’à plusieurs débats environnementaux. Cependant, depuis l’introduction de ces concepts, leur statut ontologique est controversé (c'est-à-dire un écosystème a-t-il une existence à part entière au-delà de l’existence de ses parties constituantes?). Alors que certains favorisent une interprétation épistémique de ces concepts, d’autres défendent plutôt que ces unités écologiques fassent partie intégrante du monde naturel. Dans le cadre de ce mémoire, j’argumente que la meilleure manière d’appréhender cette question ontologique est de comprendre que les communautés ainsi que les écosystèmes sont des mécanismes. Plus précisément, je propose que les écosystèmes et les communautés soient des ensembles d’entités et d’activités organisés de manière à exhiber de manière régulière des phénomènes précis. Les entités sont les composantes de ces mécanismes (ex : espèce, niche écologique) alors que les activités sont les relations causales produisant des changements (ex : photosynthèse, prédation). Finalement, les phénomènes que ces mécanismes produisent sont les propriétés émergentes propres au niveau d’organisation des communautés et des écosystèmes (ex. : pH, Biomasse). En utilisant l’approche manipulationniste développée par James Woodward (2003, 2004, 2010), j’argumente qu’il est possible d’identifier les composantes causales des écosystèmes et des communautés ainsi que leurs relations. Puisqu’il est possible de manipuler empiriquement et de manière contrefactuelle de différentes manières les communautés et les écosystèmes (Penn 2003; Swenson et Wilson 2000), je conclus que nous pouvons affirmer de manière robuste (Wimsatt 2007) que ces entités existent réellement. / The concepts of ecosystem and community are central to ecological explanations. However, since the introduction of these concepts, their ontological status is controversial. Taking as a starting point the mechanistic explanatory theories in philosophy of science, I argue that ecosystems and communities are mechanisms. More precisely, I suggest that they are entities and activities organized in such a way as to exhibit regular and precise phenomenons (Machamer, Darden, Craver 2000). While entities are the components of the mechanisms (ex: species, ecological niche), activities are the causal relations that produce changes (ex: photosynthesis, predation). Finally, the interaction of the entities and the activities produce emerging properties that are unique to the community and ecosystem level (ex: pH, biomass). By using the manipulationniste theory of Woodward (2003) and the experimental results of Swenson and Wilson (2000), I argue that it is possible to identify the causal components of the ecosystems and communities and their relations to one another. Since it is possible to manipulate empirically and counterfactually ecosystems and communities, I conclude that they are real entities.

Comprendre les rétroactions entre les maladies infectieuses, la structure des écosystèmes et le développement économique est nécessaire pour alléger le fardeau des maladies tropicales négligées. Ce groupe d'infections parasitaires, virales, et bactériennes est étroitement associé à des conditions géographiques, environnementales, sanitaires et économiques particulières aux régions tropicales. A travers l'étude de l'ulcère de Buruli, une maladie émergente et négligée associé à une morbidité et handicap très importants dans des régions tropicales, ce travail de thèse s'intéresse aux interactions complexes entre ces différents composants des systèmes épidémiologiques. Combinant un travail de terrain important pour la collecte des données environnementales avec une approche de recherche multidisciplinaire, cette thèse vise à améliorer notre compréhension des différents aspects de l'écologie et de l'épidémiologie de cette maladie infectieuse. Notamment, la dynamique de son agent pathogène, M. ulcerans, est caractérisée pour un large éventail d'écosystèmes et communautés aquatiques au Cameroun, permettant d'identifier les facteurs environnementaux permettant sa propagation. En outre, nous évaluons la transmission de l'agent pathogène de l'environnement à l'homme et l'impact de la maladie sur le développement économique des populations endémiques. Ainsi, ce travail montre comment les dynamiques écologiques, épidémiologiques, environnementales et économiques interagissent de concert, mettant en évidence de façon criante le besoin d'une telle approche interdisciplinaire dans l'étude des maladies tropicales négligées. / Understanding the feedbacks between infectious diseases, ecosystem structure and economic development is necessary to alleviate the burden of Neglected Tropical Diseases. This group of parasitic, viral, and bacterial infections is closely associated with particular geographical and environmental conditions mainly present in the tropics, thriving under conditions of poverty, inefficient sanitation and malnutrition. This PhD thesis works through the case study of Buruli ulcer, an emerging and neglected infectious disease associated with a great morbidity and disability burden in tropical regions. Relying on an extensive environmental field survey and a multidisciplinary research approach, this PhD attempts to gain a better understanding of different aspects of the ecology and epidemiology of Buruli ulcer. Notably, the dynamics of its pathogen, M. ulcerans are characterized for a wide range of freshwater ecosystems and aquatic communities in Cameroon, and the environmental drivers of M. ulcerans presence are investigated. Furthermore, we assess the transmission of the pathogen from the environment to humans and the impact of the disease on the economic development of endemic populations. Thus, this work shows how the interplay between ecological, epidemiological and economic dynamics interact together and calls for an urgent need to apply such inter-disciplinary approach to decrease the burden of neglected tropical diseases.

La qualité des services écosystémiques qu'offrent les lacs est liée à la structure et au fonctionnement de leur écosystème. Protéger leur masse d'eau est devenu un objectif global qui requiert une meilleure compréhension de leur fonctionnement, un suivi et une évaluation de leur qualité. Expliquer les hétérogénéités spatio-temporelles des variables physico-chimiques et du phytoplancton est un problème récurrent rencontré en écologie et en hydrobiologie. Comprendre la dynamique de ces hétérogénéités est aussi un prérequis essentiel pour évaluer, protéger et restaurer objectivement les écosystèmes lacustres. En ce qui concerne la surveillance, les hétérogénéités spatio-temporelles introduisent des incertitudes sur la représentativité des mesures par rapport à l'entièreté de la masse d'eau qui est donc discutable et doit être vérifiée. En Europe, la directive cadre sur l'eau (DCE) initiée en 2000 définit un cadre pour la gestion et la protection des eaux. La classification des masses d'eau en fonction de leur état écologique est un point important dans l'implémentation de cette directive. Pour les lacs et les retenues, l'évaluation de cet état écologique est basée sur des paramètres biologiques, physico-chimiques et hydromorphologiques. Les indicateurs liés au phytoplancton et aux paramètres physico-chimiques sont calculés à partir de quatre prélèvements réalisés pendant la période d'activité biologique pour une année sur un plan de gestion de six ans. Dans ce contexte, la modélisation tridimensionnelle (3D) et la prise en compte des forçages qui conduisent aux hétérogénéités spatio-temporelles est une condition préalable nécessaire tant en limnologie appliquée que théorique. Cette thèse aborde la complexité du fonctionnement des lacs et la capacité des modèles 3D à reproduire leur fonctionnement. L'apport de la modélisation 3D est présenté i) pour la compréhension du fonctionnement de lacs de différentes tailles, ii) couplée aux observations satellitaires, pour l'étude de l'influence des forçages par le vent et de l'hydrodynamique sur l'abondance et la distribution spatiale de phytoplancton, iii) dans le cadre de la DCE, pour l'évaluation des incertitudes d'une évaluation de l'état écologique d'un plan d'eau. Pour cela, deux modèles 3D ont été créés et analysés, un pour le lac de Créteil (42~ha) et un autre pour le Léman (580~km$^2$). Celui du lac de Créteil a été validé à partir de données à hautes fréquences acquises en trois points du lac. Il reproduit correctement son hydrodynamique complexe, sa structure thermique, l'alternance entre les périodes de stratification et les épisodes de mélange, ainsi que les ondes internes. Le modèle du Léman a été validé en utilisant des données mensuelles et bimensuelles en deux stations de prélèvement du lac. Il reproduit aussi correctement son hydrodynamique et la variabilité saisonnière de paramètres physico-chimiques et biologiques. Les résultats des simulations mettent en avant les mécanismes physiques et hydrodynamiques responsables de l'apparition de sites où la biomasse de phytoplancton observée est plus élevée. Dans le cadre de la DCE, ces résultats montrent aussi une variabilité spatiale importante des sous-états écologiques basés sur les différents paramètres qui dépendent du choix des dates des campagnes de mesure et du point d'échantillonnage. Ces résultats ont aussi été utilisés pour estimer la représentativité d'une station de prélèvement. Les résultats de cette thèse i) confirment que le fonctionnement des plans d'eau de toute taille est complexe et que les processus physiques génèrent des hétérogénéités spatio-temporelles, ii) suggèrent que le vent et l'hydrodynamique influencent significativement l'abondance et la distribution spatiale du phytoplancton et que iii) ces hétérogénéités peuvent biaiser notre estimation du statut écologique des plans d'eau dans le cadre de la DCE / The quality of ecosystem services provided by lakes is related to the ecosystem structure and functioning. Protecting water bodies is therefore a global goal that requires a better understanding of their function, a monitoring and a water quality assessment. Explaining spatio-temporal heterogeneities of physico-chemical parameters and phytoplankton has been a recurrent ecological and hydrobiological issue. Understanding the dynamics of these heterogeneities is an essential prerequisite for objectively assessing, protecting and restoring freshwater ecosystems. Moreover, three-dimensional (3D) and taking into account and drivers of these heterogeneities are essential prerequisites for theoretical and applied limnology. Concerning the monitoring, spatio-temporal heterogeneities are responsible of uncertainties on the representativeness of the data versus the whole lake which might be questionable and needs to be verified. In Europe, the Water Framework Directive (WFD) initiated in 2000 defines a framework for managing and protecting water bodies in Europe. The classification of water bodies into ecological status is a key issue for the implementation of that framework. For lakes and reservoirs, the assessment of this status is based on biological, physico-chemical and hydro-morphological indicators. Physico-chemical and phytoplankton indicators are calculated based on four observations at an unique sampling station over the growing season, this evaluation being assessed one year for a six-year management plan. In this context, this thesis focuses on the complexity of lakes functioning and the capability of three-dimensional (3D) models to reproduce their functioning. The contribution of 3D models is presented i) for understanding the functioning of lakes of different sizes, ii) coupled to satellite observations, for studying of the influence of wind forcing and hydrodynamics on phytoplankton abundance and spatial heterogeneities, iii) in the context of the WFD, for assessing uncertainties in the lake ecological status assessment. To do that, two 3D models have been created and analyzed, one for Lake Créteil (42 ha) and another for Lake Geneva (580 km2). Lake Créteil 3D model was validated by using high frequency data recorded at three stations. It reproduces well the complex hydrodynamic functioning of the lake, its thermal structure, the alternation between thermal stratification episodes and mixing events, and internal waves. Lake Geneva 3D model was validated by using monthly and bimonthly data at two stations. It reproduces also properly the hydrodynamic functioning of the lake and the seasonal variability of biological and physico-chemical parameters. Simulation results highlight physical and hydrodynamic mechanisms responsible for the occurrence of seasonal hot-spots in phytoplankton abundance. In the context of the WFD, simulation results show also a strong spatial variability of lake ecological status depending on the timing of the four sampling dates as well as the location of the sampling station. These results were also used to assess to representativeness of sampling stations. The results of this thesis suggest that i) the functioning of lakes of different sizes is complex and physical processes generates spatio-temporal heterogeneities, ii) wind and hydrodynamics influence the abundance and the spatial distribution of phytoplankton et iii) spatio-temporal heterogeneities can bias our evaluation of lake ecological status in the WFD

Répondre aux besoins énergétiques croissants de nos sociétés et limiter leur impact sur l’environnement est un enjeu actuel majeur. De nouvelles technologies alternatives comptent tirer profit de sources d’énergie négligées. Le potentiel énergétique des eaux usées peut être exploité par de nouvelles technologies telles que les piles à combustible microbiennes (PACM). Ces piles, pouvant produire de l’énergie électrique à partir d’eaux usées, montrent une diminution de leur rendement énergétique lorsque leur taille augmente, ce qui ne permet pas encore leur application industrielle. Ces travaux de thèse visent à identifier certains verrous de ce changement d’échelle et à proposer de nouvelles directions pour leur optimisation. Une première partie s’est intéressée à l’influence des collecteurs de courant anodiques sur les performances électriques et sur le développement du biofilm électro-actif. Nous avons émis l’hypothèse qu’à grande échelle, les collecteurs de courant peuvent être un élément limitant à la production d’électricité. Pour vérifier cette hypothèse, quatre PACM avec une anode de 490 cm² connectée de différentes manières ont été étudiées. L’augmentation du nombre de collecteurs a permis une hausse de la puissance produite par les PACM. La disposition des collecteurs affecte la répartition du potentiel sur la surface d’anode et peut engendrer dans certains cas, des gradients de potentiel qui influencent la structure microbiologique du biofilm, en particulier Geobacter. Par ailleurs, des mesures d’impédance ont montré que multiplier les collecteurs augmente la capacité de double couche de l’anode et engendre un courant capacitif dont l’importance pour les performances de fonctionnement en cycles de charge/décharge est non négligeable. La suite du travail s’est attachée à prendre en compte différents aspects physiques, notamment l’aspect hydrodynamique, afin de modéliser leur fonctionnement. Pour cela, trois PACM de volumes différents ont été mises en œuvre et testées à différents débits. Les données de configuration, d’opération et de performances de ces piles ont permis de construire des modèles statistiques de régression linéaire multiple prédisant la valeur de puissance maximale. Ces deux modèles ont montré que la puissance maximale produite était principalement corrélée à la vitesse de l’électrolyte circulant dans la pile et à la contrainte de cisaillement appliquée à l’anode par le mouvement du fluide. Ces deux parties ont également montré que l’abondance dans le biofilm de Geobacter, une bactérie électro-active très répandue dans les PACM, n’était pas corrélée avec la puissance maximale. Tout en étant très abondante, son seul nombre n’explique donc pas entièrement les performances électriques d’une PACM. / Facing increasing energy needs and limiting their impact on the environment are current and major issues for society. Renewable energy development is needed and new alternative technologies could benefit from exploiting neglected energy sources, such as microbial fuel cells (MFC), for energy production. MFCs can be operated with wastewater and produce a reasonable quantity of energy at the small laboratory-scale. Unfortunately, when their size is increased, their efficiency dramatically decreases, which prevents their industrial use. This thesis aims at identifying some obstacles to scale-up of MFC and proposing new directions for its optimization. The first part of the study was focused on the influence of anodic current collectors on electrical performance and on electroactive biofilm development. Our hypothesis was that they could be a limiting factor for electricity production at large scales. To test this hypothesis, four MFCs were operated with a 490 cm² anode connected to the external circuit in a different ways. Increasing the number of collectors improved the power. Collector’s layout influenced electrical potential on the anode surface and created an electrical potential gradient on the anode and this gradient shaped the microbiological structure of the biofilm. This effect especially concerns Geobacter, whose clade G. metallireducens is favored at strongly negative potentials. In addition, impedance measurements showed that multiplying collectors increased the double layer capacitance and, thus, generated a capacitive current that was important for MFC functioning in cycles of charge/discharge and that would improve its performance. Then, MFCs were considered as bioreactors and their different aspects, notably hydrodynamics, were taken into account to model their power output. Three MFCs of different volumes were operated under continuous-flow conditions and tested at four different flow rates. Configuration, operation and performance data were used to build two multiple linear regression statistical models: the first with variables selection through LASSO, the second with dimensionless numbers created with the Vaschy-Buckingham theorem. These two data-driven models showed that the maximal power was mostly correlated to electrolyte transfer rates inside MFC chamber and to shear stress at the anode generated by fluid movement. These two major experimental projects also showed that the abundance of Geobacter, an electroactive bacteria, inside the biofilm was widespread in MFCs, but it was not correlated to maximal power. Despite its large abundance, its quantity alone does not entirely explain the performance of a MFC. In order to succeed at MFC scale-up, fundamental research on electroactive biofilms, process engineering and modeling need to be associated and generalized as empirical results and their explanation.