Les pucerons causent des dommages importants aux cultures céréalières et il est de plus en plus crucial de trouver des alternatives à la lutte chimique. Suite au Grenelle de l‟Environnement, les impératifs du développement durable et d‟une agriculture respectueuse de l‟environnement imposent de développer les recherches sur les méthodes de lutte biologique. Dans les paysages agricoles, la régulation naturelle des pucerons est assurée par divers parasites et une guilde diversifiée de prédateurs qui peuvent jouer un rôle régulateur important dans les phases précoces de la saison de reproduction. L‟objectif de cette thèse est de comparer l‟occupation des parcelles de blé et de maïs par les pucerons et leurs prédateurs carabiques dans des situations paysagères contrastées. Le travail a été mené pendant deux années sur 24 parcelles de céréales au sein de la zone atelier Armorique. Nous avons testé l‟effet de diverses variables paysagères sur la diversité et l‟abondance des pucerons et des communautés de carabes dans des parcelles de blé et de maïs. A l‟échelle du paysage, nous avons montré que la densité du bocage favorise l‟abondance des pucerons dans le blé mais pas dans le maïs. En revanche, le paysage ouvert favorise l‟abondance des carabes dans le blé comme dans le maïs. L‟augmentation des surfaces cultivées conduit à une perte d‟espèces des carabes et à un remplacement des espèces de grande taille par des espèces de petite taille A l‟échelle du contexte paysager, il y a une corrélation positive entre l'abondance des pucerons et la proportion de bois et de prairies à grande échelle(500m et 800m). Les proportions des prairies et des haies sont négativement corrélées avec l'abondance des carabes tandis que la richesse spécifique de cette communauté augmente avec la proportion des haies et des prairies. La proportion de bandes enherbées affecte négativement l'abondance des pucerons dans les parcelles de blé, et positivement dans les parcelles de maïs. L'abondance de carabes est positivement corrélée avec la proportion de bandes enherbées à grande échelle dans les deux types de cultures. A échelle locale, on observe une diminution du nombre total de pucerons à mesure qu‟on s‟éloigne de la bordure du champ. Alors que le nombre total de carabes augmente vers le centre des parcelles. La présence des bandes enherbées influence faiblement l‟abondance des pucerons. L‟abondance totale des pucerons et des carabes était significativement corrélée de manière positive dans le paysage ouvert pour les deux cultures , alors que dans le paysage fermé, cette corrélation était négative pour le blé et positive pour le maïs. Nos résultats montrent que les distributions et les relations carabes pucerons dans les paysages agricoles sont complexes puisqu‟elles varient à la fois selon le type de paysage, le contexte local et le type de culture.

La Chine est actuellement confrontée à de sérieux problèmes environnementaux et est listée parmi les pays qui contribuent le plus à la pollution et à la destruction de l'environnement mondial. En particulier, la Chine du Sud est une zone naturellement sujette aux glissements de terrain à cause de conditions tectoniques, climatiques et anthropiques particulièrement défavorables. Depuis la fin des années 1990, l'Etat chinois a mis en place des politiques de reforestation de grande envergure. mais il existe des lacunes de connaissances qu'il convient de combler. En particulier, le choix des espèces les plus adaptées n'est pas aisé parce que les processus par lesquels les plantes stabilisent les pentes ont besoin d'être mieux compris.En introduction, afin de mieux préciser les périmètres qui cadrent cette thèse, sont présentées la situation de la Chine du Sud au regard des glissements de terrain, la discipline d'éco-ingénierie et les solutions qu'elle peut apporter. Ainsi, ce travail (i) se concentre sur des espèces végétales locales, (ii) se limite aux glissements de terrain superficiels, et (iii) concerne à la fois les processus mécaniques et hydriques entre le sol et les racines. A l'intérieur de ces cadres, la thèse a pour objectif de répondre à la question scientifique : quels sont les propriétés racinaires qui influencent la stabilisation des pentes ? La réflexion est ensuite appliquée aux plantes de Chine du Sud afin d'identifier les meilleures espèces-outils. Pour répondre à cette question, à la fois les données de terrain (en Chine du Sud), les expériences de laboratoire (en France) et la formulation de concepts sont mobilisées. Les résultats sont organisés en deux chapitres. Le premier pose la question de l'efficacité de la présence de racines pour stabiliser les pentes, tous d'abord sous l'angle des processus mécaniques, puis sous l'angle des processus hydriques. Le deuxième chapitre permet d'identifier un panel de traits pertinents et non redondants évaluant l'efficacité d'une espèce pour la stabilisation des pentes puis s'appuie sur ce panel afin de sélectionner les espèces chinoises les plus efficaces. Enfin, la discussion aborde les limites de ce travail et propose de nouvelles pistes de recherche.Du point de vue mécanique comme du point de vue hydrique, c'est la conjonction des effets des racines de structure et des racines fines qui importe. Les racines de structure sanas racines fines ne sont pas optimales et peuvent même faire apparaître des lignes de fragilité. Plus précisément, les racines de structure sont particulièrement bienvenues vers l'aval de la pente pour des raisons à la fois mécaniques et hydriques. Les racines fines seules ne sont pas optimales non plus, elles peuvent faire apparaître localement des zones de faiblesse qui, si elles sont proches, participeront au déclenchement d'un glissement de terrain. Des ramifications racinaires denses améliorent la stabilité mécanique. Orientées vers l'aval de la pente, elles améliorent la stabilité hydrique. Les autres traits racinaires pertinents pour évaluer l'efficacité des racines à stabiliser le sol sont la contrainte et la déformation maximale en tension, la concentration en azote et la concentration en sucres solubles.

Ce travail porte sur la caractérisation spatiale et la quantification de l'influence des pressions environnantes (occupation des sols à différentes échelles, du bassin versant amont au corridor rivulaire local) sur l'état écologique des cours d'eau. Abordée au niveau régional l'étude porte une attention particulière aux corridors rivulaires pour leur intérêt dans l'élaboration de stratégies de préservation et de restauration en application de la Directive Cadre européenne sur l'Eau. Elle repose sur le développement de méthodologies robustes et fiables (i) de cartographie fine de l'occupation des sols dans les corridors rivulaires, (ii) de construction d'indicateurs spatialisés traduisant cette occupation et (iii) de modélisation pressions/impacts quantifiant le lien entre occupation des sols dans les corridors rivulaires et état écologique des milieux aquatiques. Les résultats utilisant ces avancées méthodologiques montrent l'intérêt de disposer d'une donnée d'occupation du sol à Très Haute Résolution Spatiale sur de grands territoires, d'indicateurs calculés sur différentes emprises spatiales au niveau du corridor qui traduisent les mécanismes d'impacts d'une catégorie d'occupation du sol donnée sur l'état écologique pour améliorer l'identification et la localisation des sources de pressions dans ces espaces. Ils mettent en évidence également au niveau régional le rôle significatif des formations végétales rivulaires locales sur l'état écologique des cours d'eau, ceci sur une bande de 20 m de part et d'autre du cours d'eau.

Le système du Courant de Californie (CCS) est l'un des grands systèmes d'upwelling de bord est de la planète, caractérisés par un régime saisonnier de vents qui provoque des remontées d'eaux profondes (upwelling côtier), riches en nutriments, favorisant une forte activité biologique. À long terme, l'écosystème du CCS révèle des alternances de dominance de communautés marines, encore inexpliquées. L'objet de cette thèse est de comprendre l'effet de la variabilité pluriannuelle des vents sur la structure et le fonctionnement des premiers maillons trophiques de l'écosystème du CCS à partir d'études de processus reposant sur une approche numérique. Une première étude a permis de montrer que l'upwelling côtier et le transport côte-large ont une variabilité à basse fréquence fortement corrélée à celle de la tension de vent parallèle à la côte et au mode North Pacific Gyre Oscillation (NPGO), mis en évidence récemment et connu pour capturer une part de la variabilité à basse fréquence des vents d'upwelling et de la chlorophylle dans le CCS. Une étude fine de ces vents a permis de mettre en évidence une relation forte entre leur variabilité saisonnière et le mode NPGO, avec une modulation temporelle du déclenchement de la saison d'upwelling du CCS. L'impact d'un tel déphasage de l'upwelling sur un écosystème planctonique a pu ensuite être testé. À la côte, l'écosystème répond directement à un scénario d'upwelling précoce par une productivité plus forte. Au large, les incidences sur l'écosystème s'opèrent via les processus de transport côte-large. L'effet sur le zooplancton est plus prononcé que sur le phytoplancton et est susceptible d'affecter les niveaux trophiques supérieurs.

La compréhension de la connectivité entre les nourriceries estuariennes et les habitats marins est fondamentale pour l'étude de la dynamique des peuplements et des populations de poissons et pour la conception de stratégies efficaces de conservation et de gestion des pêches. Le but de ce travail était donc de fournir une première référence faunistique et écologique des poissons des estuaires et du lagon de l'île de Socotra (Nord-Ouest de l'Océan Indien) pour les gestionnaires de la zone côtière, avec un accent particulier sur le fonctionnement des populations d'une espèce sentinelle: Terapon jarbua. Dans cette étude, une approche multidisciplinaire a été développée afin de comprendre le fonctionnement et l'importance des estuaires (TOCE's : Temporarily Open / Closed Estuaries) et du lagon de l'île de Socotra pour les poissons marins. Différents outils de la biologie et de la chimie (taxonomie, écologie, phylogéographie, génétique des populations, microstructure et microchimie des otolithes) ont été utilisés et les principales conclusions de ce travail sont les suivantes: 1) Les estuaires de Socotra sont composés de 64 espèces dans 30 familles, un chiffre élevé par rapport aux normes régionales. La comparaison avec les inventaires faunistiques d'Afrique du Sud et du Yémen suggère que Socotra joue le rôle de tremplin biogéographique, en permettant la connexion d'une grande variété de groupes taxonomiques provenant de différentes unités biogéographiques. De plus 33 des 64 espèces recensées sont considérées comme importantes pour l'économie locale, soulignant l'importance primordiale des estuaires comme sites de fraie et nourriceries, pour le fonctionnement durable des services écosystémiques. 2) La phylogéographie et la structure génétique des populations de T. jarbua ont été analysées considérant des marqueurs de type Cytochrome c Oxydase sous-unité I et microsatellites. Une différenciation génétique élevée et significative a été observée à l'échelle de l'Indo-Ouest Pacifique. Trois groupes de populations ont pu être identifiés, le groupe du Nord-Ouest de l'Océan Indien (Socotra, Yémen et Iran), le groupe de l'Ouest de l'Inde et le groupe de la Mer de Chine. Cependant, les grandes différences nucléotidiques observées soulèvent certaines questions concernant l'identification de l'espèce et suggèrent que T. jarbua pourrait être en réalité un complexe d'espèces, en dépit du fait que la coloration caractéristique de T. jarbua facilite son identification. A l'échelle plus restreinte du Nord-Ouest de l'Océan Indien, une expansion récente de la population de T. jarbua après des extinctions locales au cours des glaciations du Pléistocène pourrait expliquer la faible mais significative différenciation génétique. Le génotypage des marqueurs microsatellites souligne une différenciation génétique relativement élevée et significative entre les estuaires, sur le secteur Socotra-Yémen. Si la distance géographique n'est pas un facteur structurant majeur des populations de T. jarbua dans la région du Golfe d'Aden, le lien étroit entre les juvéniles T. jarbua et les TOCE, ainsi que les phénomènes d'ouverture associés à de possibles goulots d'étranglement démographiques dans ces systèmes côtiers, peuvent expliquer la mise en place d'une différenciation génétique locale significative entre les estuaires. Bien que l'environnement dynamique de la région puisse limiter la différenciation génétique, la courte durée du stade larvaire de cette espèce (25 jours estimés par la lecture des microstructures de l'otolithe) et la possible rétention des larves dans certains secteurs peuvent réduire l'homogénéisation à plus grande échelle géographique. 3) Les analyses de la composition élémentaire des nucleus d'otolithes suggèrent l'existence de plusieurs zones de fraie marines; ces données confrontées aux résultats des investigations en génétique des populations suggèrent un modèle régional de métapopulation composée de sous-populations ouvertes (sources multiples et mélange plus ou moins marqué des flux larvaires présentant une variabilité spatio-temporelle). De plus, les analyses des ratios Sr:Ba le long de l'axe de croissance des otolithes ont clairement montré des patrons de migrations des post-larves dans les estuaires où les juvéniles resteront deux ans. Enfin, les tests d'assignation d'empreintes géochimiques en bordure d'otolithe à des nourriceries spécifiques se sont avérés être très précis et pourraient conduire à terme à estimer la contribution d'une nourricerie à une population adulte de T. jarbua ainsi que d'autres espèces d'importance écologiques et économiques.

La Loire, souvent qualifiée de " dernier fleuve sauvage d'Europe ", a été aménagée dès l'Antiquité. A la différence de nombreux grands fleuves, elle n'a que peu bénéficiée de recherches en écologie. La végétation alluviale constitue un excellent intégrateur des conditions physiques, biologiques et anthropiques de l'hydrosystème. La caractérisation des communautés végétales a été réalisée grâce aux méthodes phytosociologiques, complétées par une quantification des paramètres abiotiques structurant le fonctionnement de l'hydrosystème (hydrologie, flux énergétiques, caractères édaphiques). L'étude des successions dans les forêts alluviales a fait l'objet d'une approche structurale. Ces investigations ont été menées sur sept sites répartis sur 500 km du cours moyen de la Loire. Les analyses statistiques ont permis de confirmer les corrélations qui existaient entre les conditions stationnelles et la flore associée ; elles ont également permis de mettre en évidence et de hiérarchiser les facteurs abiotiques qui structuraient le mieux la distribution spatiale des communautés végétales. Ainsi, l'inondabilité, la texture du substrat et le positionnement par rapport aux flux énergétiques sont d'excellents paramètres intégrateurs. Les connaissances acquises permettent d'établir une typologie écologique et phytosociologique complète de la végétation, ainsi que l'élaboration de schémas d'organisation et d'évolution des communautés végétales dans le temps. Pour les forêts alluviales, la méthode architecturale a démontré son efficience sur la Loire dans la compréhension des processus sylvigénétiques. Enfin, la confrontation de ces résultats autorise la mise en place d'un modèle prédictif d'évolution de la végétation. Ce modèle permettra de tester différents scénarios de gestion ou d'aménagement de l'hydrosystème dans un souci de conservation dynamique de la biodiversité.

Le mésozooplancton de la couche épipélagique (0-200 m) a été étudié dans deux écosystèmes contrastés ; le premier se situe au niveau de la partie sud du plateau des Kerguelen et d'une partie de la zone HNLC (High Nutrient Low Chlorophyll) de l'océan Austral, à la fin de floraison estivale entretenue par des apports naturels en fer (KEOPS : janvier-février 2005). La deuxième étude s'est intéressée à l'ensemble de la Méditerranée, le long d'une radiale de 3 000 km caractérisée par un degré d'oligotrophie croissant d'Ouest en Est (BOUM juin-juillet 2008). La communauté mésozooplanctonique a été caractérisée à la fois par la description des stocks (abondance et biomasse) et de sa structure (composition taxonomique et spectre de taille). La distribution spatiale à l'échelle régionale a été étudiée et mise en relation avec différents paramètres environnementaux et trophiques. L'impact de la communauté sur les producteurs primaires a été également estimé à partir de l'analyse de différents processus physiologiques (ingestion, respiration et excrétion). La communauté mésozooplanctonique australe était caractérisée par de fortes abondance et biomasse sur le plateau des Kerguelen et plus faible en zone HNLC. Elle était composée essentiellement de stades copépodites avec une présence importante de mues et des taux élevés de respiration indiquant une croissance active. Cependant l'impact du broutage sur la production primaire était faible ce qui suggère l'utilisation d'autres ressources alimentaires tel que le microzooplancton. En Méditerranée, l'abondance zooplanctonique présentait un gradient croissant est-ouest auquel s'ajoutait un gradient nord-sud décroissant dans le bassin occidental. Cette distribution était fortement liée à la quantité de chlorophylle a. Le broutage du mésozooplancton sur les producteurs primaires était important. Les flux de matière liés à l'activité métabolique supportaient plus de 100 % des besoins de la production primaire en carbone, azote et phosphore. L'étude des relations entre la diversité spécifique et les variables environnementales (physique, chimique et biologique) a révélé une forte régionalisation en Méditerranée alors que sur le plateau des Kerguelen ces relations sont faibles.

Des mesures sur parcelles agroforestières (mélanges d'arbres et de cultures) expérimentales mettent en évidence des productivités exceptionnelles, avec des gains de plus de 30% par rapport à l'assolement de cultures pures. Nous avons mis au point et utilisé un modèle numérique dynamique en 3-D (Hi-sAFe) pour (1) tester si l'intégration spatio-temporelle du partage des ressources (lumière, eau, azote) entre espèces suffit à expliquer cette productivité et (2) évaluer l'impact de différents choix de conception ou de gestion sur cette productivité, à partir d'une compréhension des processus impliqués. Nous avons développé une méthode originale d'analyse des données simulées pour identifier et hiérarchiser les processus déterminant le rendement. Le modèle a été paramétré et calibré sur un système noyer hybride / blé dur situé sur le domaine de Restinclières (Hérault, France). Après une analyse détaillée du fonctionnement de ce système, nous avons exploré par expérimentation virtuelle sa réponse à des choix de conception : (1) traits phénologiques des espèces associées, et (2) densité et disposition des arbres sur la parcelle. Par la richesse de son comportement, Hi-sAFe permet un regard nouveau sur le fonctionnement des systèmes agroforestiers. Il éclaire la complexité du système réel. Nos résultats permettent de proposer une interprétation déterministe du rendement de chaque espèce et de la productivité totale de l'association (Land Equivalent Ratio). L'analyse des expérimentations virtuelles permet de proposer des pistes concrètes pour l'optimisation des systèmes agroforestiers.

Les transitions terrestre-aquatique jouent un rôle primordial dans le fonctionnement des écosystèmes. Dans les cours d'eau qui cessent de s'écouler périodiquement, ces transitions se développent latéralement au travers des zones ripariennes mais aussi longitudinalement le long du lit du cours d'eau. L'objectif de ce travail de thèse était de déterminer les effets de ces transitions terrestre-aquatique dans les lits des cours d'eau sur les communautés d'invertébrés terrestres et sur dynamique de la matière organique particulaire, un processus écologique fondamental au fonctionnement des cours d'eau. Les résultats montrent que communautés d'invertébrés ripariens sont peu dépendantes des ressources aquatiques du cours d'eau mais sont essentielles au maintien de la diversité en invertébrés dans les lits asséchés. La matière organique est transportée et se décompose par à coup lors des conditions aquatiques, influençant potentiellement la disponibilité en nutriments dans les réseaux hydrographiques

La gestion des eaux pluviales constitue un défi important à relever dans les villes du monde entier : aujourd'hui on ne compte plus les problèmes d'inondation et de pollution, problèmes chroniques qui tendent à s'amplifier à mesure que l'urbanisation grandit en parallèle du changement climatique. Une gestion durable de ces eaux est au cœur des enjeux du XXIe siècle et afin de faire face à ces problèmes le Ministère de l'Écologie et du Développement Durable a engagé une opération de recherche sur cette thématique. Parmi les problèmes posés par les eaux pluviales, notre étude se focalise sur les rejets urbains de temps de pluie (RUTP). Ces rejets constituent un apport important et imprévisible de nombreux polluants pour les masses d'eaux réceptrices. La pollution des RUTP est étudiée depuis de nombreuses années et, alors que les connaissances en la matière s'affinent, il n'existe à l'heure actuelle aucune étude de grande ampleur permettant d'identifier l'impact des RUTP sur les écosystèmes récepteurs. Notre travail a consisté à étudier l'impact environnemental de différents échantillons de RUTP collectés sur 3 sites d'assainissement pluvial de l'agglomération lyonnaise. Pour cela nous avons sélectionné des bioindicateurs pertinents, les microalgues d'eau douce, organismes unicellulaires à la base des chaînes trophiques et très sensibles aux polluants présents dans les RUTP. Nous avons réalisé des bioessais écotoxicologiques connus de la littérature et contribué au développement de nouveaux indicateurs de toxicité complémentaires. De plus nous avons cherché à adapter ces bioessais pour permettre leur utilisation sur le terrain. En parallèle nous avons travaillé à l'amélioration d'un biocapteur enzymatique à cellules algales. Ses performances ont été évaluées sur des échantillons de RUTP avant d'œuvrer à la construction d'une station automatisée qui nous a permis de réaliser des mesures directement sur les sites d'assainissement (on line monitoring). Ce travail contribue à mettre en évidence l'impact important des RUTP sur le milieu récepteur tout en confirmant le caractère hétérogène de ce type d'effluent et l'intérêt des dispositifs de surveillance in situ.