Dans l'espace montagnard européen, l'activité pastorale diminue inexorablement. La succession post-culturale modifie la structure et le fonctionnement de la végétation, dérivant tant dans son contenu que dans son expression, d'une utilisation traditionnelle. L'aménagement de ces territoires en constante mutation doit éviter de remettre en cause leur persistance taxonomique et écologique. L'objectif de ce travail consiste à relever ce défi à l'échelle d'un écocomplexe. Le bassin versant du Petit Buëch (Hautes-Alpes, 57 km²) haut lieu de l'endémisme français inscrit dans un site Natura 2000 a servi de base à la calibration et à la validation des modèles proposés. L'utilisation conjointe de la statistique et de la géomatique a offert des outils performants pour échantillonner, analyser et modéliser spatialement les espèces et les habitats de ce secteur. L'ensemble de ces travaux a permis, outre les aspects méthodologiques novateurs, de fournir des modèles prédictifs spatialisés d'espèce protégée, d'habitats naturels et de leurs richesses floristiques, validés pour la partie sud du massif du Dévoluy (Hautes-Alpes). Véritables outils d'aide à la décision, ces modèles permettent de gérer ces espaces naturels sensibles (17% de la flore française) dans un contexte de déprise pastorale constante.

L'Amazonie a connu une longue histoire d'occupation humaine. La nature et l'échelle de l'impact des populations d'Amérindiens précolombiens sur leur environnement sont encore largement débattues. Dans une approche pluridisciplinaire, la thèse vise 1) à améliorer les estimations de l'étendue des remaniements anciens des paysages par l'Homme et 2) à comprendre comment ces remaniements affectent la structure et le fonctionnement des écosystèmes contemporains par l'étude des complexes de champs surélevés précolombiens des savanes côtières de Guyane française. Pour la mise en place d'une agriculture intensive sédentaire, les agriculteurs précolombiens ont transformé ces savanes saisonnièrement inondées en édifiant des champs sous la forme de buttes de terre circulaires produisant une hétérogénéité topographique marquée et organisée. Pour répondre au premier objectif, nous avons développé deux approches permettant de distinguer les paysages de buttes d'origine anthropique de ceux, dont la physionomie est très proche, résultant de processus naturels. Pour répondre au second objectif, nous avons décrit comment la structure des communautés d'ingénieurs naturels d'écosystèmes (fourmis, termites, vers de terre et plantes) répond à l'hétérogénéité induite par l'Homme, et comment les activités de ces ingénieurs assurent l'auto-entretien des anciens champs contre l'érosion depuis leur abandon il y a environ 800 ans. Notre travail révèle que l'étude de la dynamique temporelle de la végétation permet d'inférer l'origine des complexes de buttes uniquement lorsqu'elle combine différents proxys. L'analyse de la structure spatiale des buttes montre que les complexes de buttes de Guyane présentent une orientation souvent en grille carrée, orientation qui n'a jamais été montrée ni prédite pour des paysages d'origine naturel, indiquant que la géométrie du paysage peut porter la signature de l'intervention de l'Homme. Depuis l'abandon des champs surélevés, les communautés d'ingénieurs naturels se structurent, et concentrent leurs activités, dans les buttes. Nous avons montré que ces activités contribuent à maintenir des habitats surélevés contre l'érosion mais que les rétroactions qu'ils conduisent sur le sol sont modulées par les conditions initiales du milieu. Le paysage observé actuellement dans les savanes de Guyane n'est ni entièrement façonné par l'Homme, ni entièrement naturel mais résulte de l'interaction complexe entre les composantes physiques et biotiques et de l'héritage des activités anciennes de l'Homme. Le résultat de ces interactions est reflété par une mosaïque de buttes plus ou moins érodées. Notre travail représente la première étude montrant l'impact à long terme des activités anciennes de l'Homme sur les écosystèmes de savanes en Amazonie. Nos résultats présentent des applications importantes dans le domaine de l'ingénierie écologique pour la conception de nouveaux agroécosystèmes durables. / Amazonia has a long history of human occupation. The nature and scale of the impact of pre-Columbian humans on their environment are still hotly debated. In a pluridisciplinary approach, this thesis aims 1) to improve estimations of the scale of ancient landscape transformations by humans and 2) to understand how these transformations influence the structure and the functioning of contemporary ecosystems, by studying the particular exemple of pre-Columbian raised-field complexes in coastal savannas of French Guiana. To conduct sedentary intensive agriculture, pre-Columbian farmers transformed these seasonally flooded savannas by building raised fieldsin the form of circular moundscreating a marked and organized topographic heterogeneity. To accomplish the first objective, we developed two approaches to distinguish anthropogenic mound-field landscapes from others, of similar physiognomy, resulting from natural processes. To accomplish the second objective, we described how the structure of the community of natural ecosystem engineers (ants, termites, earthworms and plants) is influenced by human-induced heterogeneity, and how feedbacks generated by these engineers can lead to self-organized maintenance of the ancient fields against erosion since their abandonment around 800 years ago. Our work reveals that the study of the temporal dynamics of vegetation can be used to infer the origin of mound complexes only when it combines different proxies. The analysis of spatial structure of mounds shows that mound complexes of Guiana are strongly oriented, often in a square lattice, an orientation that has been neither demonstrated nor predicted for natural landscapes, indicating that landscape geometry bears a diagnostic signature of human activities. Ever since raised fields were abandoned, the community of natural engineers is structured, and its activities are concentrated, on mounds. We showed that these activities cont ribute to maintaining these raised features against erosion, but that the effectiveness of engineer-feedbacks on soil in countering erosion are modulated by initial conditions of the environment. The current landscapes of French Guianan savannas are neither solely modeled by humans nor entirely natural, but result from the complex interaction between physical and biotic components and from the legacies of past human land use. The result of these interactions is reflected in a mosaic of more or less eroded mounds. Our work represents the first study showing the long-term impact of ancient human activities on Amazonian savanna ecosystems. Our results can have important applications in the framework of ecological engineering to conceptualize new durable agroecosystems.

En région tempérée, les cartes historiques ont permis de démontrer que l’ancienneté des forêts conditionne les caractéristiques des sols et la présence de certaines espèces végétales. En revanche, peu d’études ont été réalisées pour tester ces différences en région méditerranéenne. L'objectif général de la thèse est d’analyser les déterminants du changement du couvert forestier et l’effet de la continuité temporelle et des usages passés sur les sols et la flore des forêts actuelles en région méditerranéenne. Ce travail prend place au sein du territoire du Parc Naturel Régional du Luberon. Le premier volet identifie les déterminants de la distribution des usages et de la reconquête forestière, à partir de données cartographiques de 1860, 1958 et 2010. Il apparaît notamment que les forêts se sont maintenues sur les terres les moins productives et que la reconquête forestière s’est faite sur des sols peu productifs, et à proximité des forêts préexistantes. Le second volet explore l’effet de la continuité temporelle et des usages passés des forêts sur leurs caractéristiques écologiques, à partir de relevés floristiques et pédologiques. Les forêts anciennes et récentes se répartissent selon la productivité des sols et accueillent des espèces qui se distinguent par leurs traits et leurs exigences écologiques, avec notamment des espèces spécialistes forestières, phanérophytes et endozoochores plus fréquentes en forêt ancienne. Si ce travail s’appuie sur la carte d’État-Major, il s’avère que l’écologie historique des forêts méditerranéennes nécessite également des approches in situ afin d’appréhender la complexité des usages anciens du paysage. / In temperate regions, historical maps have demonstrated that forest ancientness determines soil properties and the presence of some plant species. However, those differences were rarely analysed in the Mediterranean region. The main objectives of this PhD thesis are to analyse the drivers of forest cover change and the effect of temporal continuity and past land uses on forest soils and understory vegetation in the Mediterranean region. This work relies on the territory of the Regional Natural Park of Luberon. The first part consists of identifying biophysical and socioeconomic drivers of land use and forest recovery spatial distribution, based on the comparison of 1860, 1958 and 2010 land uses. Forest maintained on the least productive land while forest recovery occurred on soils with low productivity, and close to pre-existing forests. The second part investigates the effect of forest temporal continuity and past land uses on their ecological characteristics, based on floristic and pedological data. Ancient and recent forests are distributed according to soil productivity and host species of differing traits and ecological preferences. Notably, species significantly preferring ancient forests are true forest species, phanerophytes and endozoochores. If this work relies on the État-Major map, it turns out that the historical ecology of Mediterranean forests requires complementary in situ approaches in order to fully understand the complexity of past landscape uses.