De par leur structure, les écosystèmes souterrains présentent des variations thermiques extrêmement faibles (± 1°C sur l'année). De ce fait, les animaux hypogés devraient présenter des caractéristiques de sténothermes (faible tolérance aux variations thermiques), puisqu'ils ne subissent aucune variation de la température durant leur cycle de vie. Pourtant, plusieurs biospéologistes ont constaté que le crustacé aquatique souterrain Niphargus rhenorhodanensis pouvait supporter des températures négatives. Afin de déterminer l'échelle thermobiologique de N. rhenorhodanensis ainsi que les mécanismes adaptatifs lui permettant de tolérer les basses températures, nous avons comparé ses réponses à celles d'un autre amphipode souterrain (N. virei), ainsi qu'à celles d'un crustacé morphologiquement proche vivant dans les cours d'eau épigé (Gammarus fossarum). N. rhenorhodanensis montre des temps de survies à -2°C significativement supérieurs à ceux des deux autres organismes. Les mesures de performance (métabolisme, activité locomotrice, ventilation) en fonction de la température (sur une gamme allant de -2°C à 28°C) démontrent que N. rhenorhodanensis présente les caractéristiques d'un organisme eurytherme : il maximise sa performance sur large plage de température. Enfin, lors d'une exposition au froid, N. rhenorhodanensis accumule des substances cryoprotectrices dans ses tissus (tréhalose, acides aminés libres), diminue sa teneur en eau libre (eau corporelle disponible pour la congélation), et tolère la congélation lorsqu'elle est initié par contact avec la glace. A l'inverse, chez les deux autres organismes, la congélation est mortelle, les teneurs en substances cryoprotectrices n'augmentent que très peu et l'eau libre ne varie pas. Avec l'appui de récents travaux phylogéographiques, nous émettons l'hypothèse que la présence de telles adaptations chez N. <br />rhenorhodanensis serait liée à son histoire de vie durant les dernières ères glaciaires.

Le loup Dicentrarchus labrax est un téléostéen euryhalin qui effectue des migrations saisonnières de la mer vers les lagunes et les estuaires où la salinité est très variable et peut changer rapidement. Les mécanismes d'osmorégulation sont bien connus chez les téléostéens, alors que le rôle de l'osmodétection dans leur mise en place reste actuellement largement méconnu. Le but de cette étude a été d'améliorer les connaissances sur l'osmodétection et sur la mise en place des mécanismes d'hyper-osmorégulation (à court et long terme).Tout d'abord, le canal calcique “Transient Receptor Potential Vanilloid 4” ou TRPV4, candidat osmodétecteur, a été étudié chez des loups adaptés à l'eau de mer (EM) ou exposés à l'eau douce (ED) durant des temps différents. Au niveau branchial, le TRPV4 ne semble pas impliqué dans l'osmodétection au niveau des ionocytes, mais plutôt dans l'absorption de Ca2+ par les chondrocytes, notamment en ED. Il pourrait avoir un rôle dans l'osmodétection systémique au niveau de l'hypophyse et dans l'absorption de Ca2+ dans le rein. Sa forte expression en EM dans les cellules rénales réabsorbant de l'eau suggère que le TRPV4 est impliqué dans la régulation de leur volume cellulaire.En second lieu, le canal à chlore ClC-3, candidat osmodétecteur et potentiellement impliqué dans les mécanismes de diminution régulatrice du volume cellulaire (RVD), a été étudié dans les mêmes conditions expérimentales que précédemment. Ce canal a été localisé dans la membrane basolatérale des ionocytes des branchies (EM et ED) et des tubes collecteurs du rein (en ED ; pas immunodétecté en EM). Il pourrait jouer un rôle dans la protection des cellules contre un choc hypotonique, et donc dans la RVD en EM dans ces deux organes. En ED, la localisation du ClC-3 suggère fortement sa participation dans l'hyper-osmorégulation au niveau des branchies et du rein.Enfin, un protocole d'isolement des ionocytes branchiaux a été mis au point ; il permettra de poursuivre et d'approfondir les travaux sur l'osmodétection cellulaire. L'évolution au cours du temps du volume cellulaire d'un ionocyte a pu être évaluée après un choc hypotonique. De futures expérimentations permettront d'évaluer le lien entre l'osmodétection, les osmodétecteurs et les effecteurs osmotiques. / The European sea bass Dicentrarchus labrax is a euryhaline teleost that migrates seasonally from the sea to lagoons and estuaries, where salinity is very variable and changes rapidly. Osmoregulatory mechanisms are well known in teleosts, while the role of osmosensing in their set-up is yet poorly understood. The objective of this study was to improve the understanding of osmosensing and of its relations with hyper-osmoregulatory mechanisms in sea bass over short- and long-term salinity exposures.First, the Transient Receptor Potential Vanilloid 4 (TRPV4) Ca2+-channel, a potential osmosensor, has been studied in fish adapted to sea water (SW) or exposed to fresh water (FW) for various times. The TRPV4 did not seem to be involved in osmosensing in mitochondrion-rich cells (MRC) in gills. It may be involved in systemic osmosensing and in Ca2+ uptake by branchial chondrocytes and by renal collecting ducts in FW. This channel may also have a role in cell volume regulation of kidney cells allowing water reabsorption.Secondly, the ClC-3 chloride channel, another potential osmosensor and potentially involved in regulatory volume decrease (RVD) mechanisms, has been studied in fish under similar conditions. This channel has been localized in the basolateral membrane of ionocytes in gills (SW and FW) and kidney (FW – in SW, expressed but not immunodetected). It might be involved in cell protection against hypotonic shock and thus in RVD in both organs in SW. In FW, its localization strongly suggests a role in hyper-osmoregulation in gills and kidney.Finally, a protocol to isolate MRCs has been developed; it has been used to study cell osmosensing and it will be used on future studies. The changes in cell volume following a hypotonic shock have been evaluated. Future experiments will allow a better understanding of the relations between cell osmosensing, osmosensors and effectors.

Les aires de répartition des arbres pourraient être grandement affectées par le changement climatique. Les résultats d'analyses paléogéographiques ont montré que ces dernières se sont déjà déplacées avec les variations passées du climat. Ces études ont permis de déterminer la direction et la vitesse de migration des espèces, données utilisées actuellement pour générer des prédictions sur l'évolution de l'aire de répartition des espèces forestières en réponse au réchauffement du climat. Cependant, le contexte écologique dans lequel les arbres font face à ces changements est très différent par rapport aux changements climatiques passés : l'augmentation actuelle des températures est plus rapide, les surfaces susceptibles d'être colonisées sont occupées par des écosystèmes très différents et variés (forêts, surfaces agricoles, zones urbaines). Par conséquent, les arbres pourront-ils faire face à la rapidité des changements globaux actuels ? Auront-ils la capacité de migrer pour trouver des conditions plus favorables ou pourront-ils s'adapter et survivre à de nouvelles conditions environnementales ? Dans un premier temps, l'analyse de données historiques (plans d'aménagements de l'Office Nationale des Forêts et Inventaires Forestiers Espagnols) a permis de mettre en évidence des évènements de colonisation et d'extirpation et de quantifier la vitesse de migration de populations situées au cœur ou aux marges de leur aire de répartition. Une colonisation massive de Quercus ilex dans les dunes boisées atlantiques (limite Nord d'aire de répartition) a été mise en évidence au cours des 130 dernières années, confirmant les tendances prédites par les modèles. Cependant, les vitesses de colonisation de cette espèce restent bien inférieures aux déplacements de son bioclimat estimés à partir de modèles de niche. Les espèces localisées en limite Sud d'aire de répartition présentent des remontées altitudinales plus importantes que pour celles situées au cœur de leur aire. En conclusion, nos résultats montrent que les changements globaux ont déjà impactés la répartition des arbres malgré l'existence d'un décalage temporel entre les réponses migratoires des espèces forestières et le déplacement de leur bioclimat. Le stress hydrique est le facteur prépondérant pouvant expliquer le dépérissement des arbres dans un milieu dont la disponibilité en eau est limitée, notamment en marge chaude d'aire de répartition. Nous avons, par conséquent, étudié la résistance à la sécheresse et ses mécanismes chez les plusieurs espèces d'Angiospermes. Nos résultats montrent qu'un seuil de 90% d'embolie mène à des dommages physiologiques irréversibles de la plante et à la mort par déshydratation. Ce seuil est considérablement plus élevé que celui précédemment observé chez les conifères. L'étude du fonctionnement hydraulique d'espèces de chênes co-occurrentes nous a permis de montrer que la survie de Q. robur pourrait être menacée dans les forêts atlantiques dans un contexte de sécheresses de plus en plus intenses car il y subit des taux d'embolie native élevés. Au contraire, Q. ilex présente des taux d'embolie négligeables sur ce même site d'étude.Les vitesses réelles de migrations constituent des données empiriques essentielles qui nous renseignent sur les capacités migratoires effectives des arbres. Elles pourront être intégrées dans les modèles de répartition, tout comme les seuils d'embolie induisant la mort des arbres.

De par leur importante diversité phénotypique (10000 espèces), les oiseaux ont colonisé la plupart des niches écologiques, aussi " extrêmes " soient-elles. Les zones polaires (Arctique et Antarctiques) et le climat extrêmement froid qui les aractérise, suscitent l'intérêt de nombreuses études. Ce travail de thèse avait pour but d'explorer les différents mécanismes intervenant dans la mise en place de la thermorégulation chez l'oiseau. Nous nous sommes principalement intéressés, par une approche intégrative, de l'animal entier (méthodes de calorimétrie indirecte) à l'expression génique (techniques de RT-PCR), à caractériser les modifications métaboliques et l'implication d'une protéine découplante (avUCP) dans les mécanismes de thermorégulation, et principalement la thermogenèse sans frisson (NST) en réponse à une exposition chronique au froid.Au cours de deux études menées chez le caneton de Barbarie, nous avons démontré l'aspect " adaptatif " de la NST ainsi que l'implication potentielle de l'UCP aviaire dans ce mécanisme en faisant varier tout d'abord la température d'acclimatation puis la durée d'exposition pour caractériser la mise en place de la NST au cours de la croissance. Lors d'une troisième étude, nous nous sommes intéressés à une étape clé de la vie des manchots royaux (passage en mer) caractérisée par un stress thermique important et une activité physique accrue dus aux longs séjours en eau froide. Ce contexte environnemental et physiologique entraine nécessairement des adaptations métaboliques, comme la mise en place d'un métabolisme lipidique efficace soutenant ainsi les dépenses énergétiques accrues lors des voyages en mer.

Le commerce mondial et les mouvements humains accroissent les probabilités de transport à longue distance de propagules, et leur introduction dans de nouvelles aires géographiques. Dans certains cas, des espèces récemment établies peuvent devenir dominantes dans la communauté envahie. Malgré les menaces sur les communautés natives et le fonctionnement des écosystèmes, les invasions biologiques constituent des expériences naturelles qui permettent d’étudier les processus éco-évolutifs en temps réel, notamment l’impact de nouvelles interactions biotiques sur la composition et la dynamique des communautés, l’adaptation rapide à de nouvelles conditions environnementales, ou la dispersion en limite de répartition. Les îles océaniques sont particulièrement sensibles aux invasions biologiques en raison de la faible diversité de leurs communautés natives. Dans les terres australes françaises, le carabique marcheur Merizodus soledadinus, natif de Patagonie, a été accidentellement introduit à Kerguelen en 1913. La présente étude vise à comprendre les principaux mécanismes à l’origine du succès invasif de cet insecte aux Iles Kerguelen. Un large ensemble de méthodes ont été utilisée pour explorer les traits écologiques de M. soledadinus, des populations à la molécule. Les analyses génétiques confortent l’hypothèse historique d’un unique évènement d’introduction dans un seul site des Iles Kerguelen. Les populations échantillonnées le long du gradient d’invasion ne montrent pas de structuration génétique. Les traits phénotypiques mesurés montrent une forte différentiation entre les individus selon le temps de résidence des populations, confirmant l’hypothèse de tri spatial des populations au cours de l’expansion géographique. Nous avons démontré que l’expansion géographique et la sélection d’habitats par M. soledadinus est principalement gouvernée par la disponibilité en eau, comme le suggère par la forte sensibilité des adultes au stress hydrique. En parallèle, la colonisation d’habitats en altitude dépend des conditions thermiques, qui semblent être contraignantes pour cet insecte à partir de 200m d’altitude. La colonisation d’habitats d’altitude progresse pourtant, probablement assistée par le changement climatique. Pour finir, les adultes M. soledadinus sont longévifs et actifs toute l’année. Les connaissances apportées sur l’écologie de M. soledadinus et sur la dynamique de son expansion géographique suggèrent la poursuite de la colonisation de l’archipel par ce prédateur. L’ensemble de ces connaissances pourraient être utiles à la paramétrisation d’un modèle d’expansion géographique, qui permettrait de définir les routes de dispersion et les taux d’expansion, dans l’objectif d’assister les mesures de gestion par les agents de la Réserve naturelle des Terres Australes et Antarctiques Françaises. / Global trade and human movements increase the likelihood of long-distance transportation of propagules and their subsequent introduction into new geographic regions. In some instances, newly established species can become dominant in invaded communities, at the expense of native species. Besides threatening invaded communities and ecosystem functions, biological invasions constitute natural experiments that allow to study eco-evolutionary processes in real time, including the occurrence of new biotic interactions affecting community composition, rapid adaptation to novel environmental conditions, or dispersal evolution at range margins. Because of their impoverished native communities, oceanic islands’ ecosystems are particularly sensitive to biological invasions, and the French subantarctic islands are no exception. For instance, the flightless predatory carabid beetle Merizodus soledadinus is native from the southern tip of South America, and has been accidentally introduced to the Kerguelen Islands in 1913. In the present work, we aimed at understanding the main mechanisms underlying the invasive success of this insect at the Kerguelen Islands. Using a vast array of methodologies, ecological features of M. soledadinus were investigated with analytical procedures scaling from population to molecule through the individual level. Genetic investigations support the historically-based hypothesis of a single introduction event at a unique location of the Kerguelen Islands. No genetic structure was observed among individuals sampled from different populations along the invasion gradient. We tested the hypothesis of spatial sorting of populations during range expansion, by exploring phenotypic changes among individuals sampled along the invasion gradient. The measured phenotypic traits revealed major differentiation of adults according to the residence time of their populations, confirming the occurrence of spatial sorting of populations during geographic expansion. We also demonstrated that the geographic expansion of M. soledadinus, and microhabitat selection, are primarily governed by the availability of water resources, as suggested by the high sensitivity to water stress of adults of this ground beetle. In parallel, colonisation of altitudinal habitats is governed by thermal conditions, which seem to be physiologically constraining from 200m asl onwards. As the altitudinal distribution of M. soledadinus still extends, we concluded that ongoing climatic changes play a pivotal role in this expansion. Finally, adults of this ground beetle are long-lived and active year-round. The ecological knowledge of M. soledadinus characteristics and spatial expansion dynamics suggest that the colonisation process of the Kerguelen archipelago by this species will continue. Altogether, these data could be used for parametrising range expansion models that would delineate dispersal pathways and expansion rates, in the objective to assist stakeholders’ management decisions.

A cause d’une anthropisation toujours plus forte des écosystèmes, de plus en plus de menaces pèsent sur la biodiversité. Parmi celles-ci, l’exposition aux contaminants est particulièrement problématique pour les organismes vivants. Emis et utilisés dans les pays industrialisés, ces contaminants hautement persistants dans l’environnement vont gagner les régions polaires puis se bio-accumuler dans les organismes vivants au cours du temps et se bio-amplifier le long du réseau trophique. Ainsi, les oiseaux marins, longévifs et situés dans les maillons supérieurs de la chaine alimentaire, sont particulièrement exposés et vulnérables à une exposition chronique à ces contaminants. A travers une perturbation endocrinienne, ces contaminants vont pouvoir impacter certains mécanismes physiologiques et traits comportementaux, entrainant in fine des conséquences à long-terme sur la fitness des individus et populations. Ma thèse s’articule autour de trois grandes familles de contaminants : i) les composés perfluoroalkylés (PFASs), encore largement utilisés dans plusieurs secteurs industriels et agricoles et en augmentation dans l’environnement ; (ii) les composés organochlorés dits « d’héritage » (OCs), interdits depuis des années mais entrainants toujours des effets délétères sur la biodiversité et (iii) le mercure (Hg), métal lourd non-essentiel ayant une origine à la fois anthropique et naturelle. Basé sur une approche corrélative in natura, je me suis intéressé aux conséquences physiologiques et comportementales d’une exposition chronique à ces trois grandes familles de contaminants présents chez la mouette tridactyle (Rissa tridactyla) de l’Arctique Norvégien (Svalbard) au cours de son cycle reproducteur (depuis l’accouplement jusqu’à l’élevage des poussins). Spécifiquement, j’ai étudié les relations entre ces contaminants et la fertilité (morphologie et motilité des spermatozoïdes), l’expression des signaux sexuels (visuel : coloration des téguments, olfactif : signature chimique), les comportements de soins parentaux (température d’incubation et rotation de l’œuf), le vieillissement cellulaire (longueur des télomères) et la dépense énergétique (métabolisme de base). Je me suis également penché sur de potentiels mécanismes sous-jacents permettant d’expliquer ces relations. Puisque ces mécanismes physiologiques et comportementaux sont fortement impliqués dans la valeur sélective des individus, les possibles conséquences à long terme de cette exposition sur la reproduction et survie des individus sont discutées. Ce travail permet de souligner la forte toxicité de certains composés organochlorés « historiques » (en particulier les chlordanes) et d’apporter de toutes nouvelles connaissances sur la toxicité très mal connue des PFASs chez la faune sauvage. Fait important, ce travail de thèse révèle que les PFASs et les OCs pourraient agir de manière contrastée sur plusieurs mécanismes physiologiques et traits comportementaux. Spécifiquement, une forte exposition à l’oxychlordane, un métabolite du chlordane, pesticide interdit depuis des décennies, est associée à des télomères plus courts, une réduction du métabolisme de base et à une moindre capacité à incuber les œufs. A l’inverse, on observe une élongation des télomères, une augmentation du métabolisme de base et une rotation des œufs accrue chez les individus les plus exposés aux PFASs. Le Hg, au moins en ce qui concerne les paramètres étudiés, ne semble pas jouer un rôle majeur. Cette étude souligne l'importance de tenir compte de plusieurs groupes de contaminants lorsqu'on étudie les conséquences de l'exposition aux contaminants environnementaux chez la faune sauvage. / Due to increasing human activities, a growing number of threats are challenging the fate of biodiversity. Among them, environmental contamination is particularly concerning for living organisms. Used and released in industrialized countries, these highly persistent contaminants can reach remote areas such as the Arctic ecosystem and will biomagnify though food webs and bioaccumulate in organisms. Long-lived seabirds are located in the upper levels of the food chains and thus particularly exposed and sensitive to a chronic contaminants exposure. Through endocrine disruption, these contaminants can impact physiological mechanisms and behavioural traits, inducing in fine, long-term fitness consequences on individuals and populations. My thesis focuses on three groups of contaminants: (i) poly- and perfluoroalkyl substances (PFASs), still broadly used in a vast array of industrial processes and increasing in the Arctic; (ii) “legacy” organochlorine contaminants (OCs, pesticides and industrial compounds), banned from use but still well present in the Arctic and (iii) mercury (Hg), a non-essential metal coming of both natural and anthropic origins. Based on a correlative approach conducted in natura, I investigated the physiological and behavioural consequences of exposure to these contaminants during the whole breeding cycle (from pre-laying to chick-rearing period) in an Arctic seabird, the black-legged kittiwake (Rissa tridactyla) from Svalbard, Norwegian Arctic. Specifically, I examined the relationships between several PFASs, OCs, Hg and fertility (sperm morphology and motility), sexual signaling (visual: integument coloration and olfactory: chemical signature), parental care behaviors (incubation temperature and egg-turning), ageing (telomere length) and energy expenditure (basal metabolic rate). In addition, some potential underlying mechanisms were also studied to better understand the way through which contaminants can be detrimental for kittiwakes. Furthermore, since physiological mechanisms and behavioral traits investigated here are tightly involved in self maintenance and reproduction, possible effects on fitness are then discussed. This PhD work underlines the major role of certain legacy chlorinated organic compounds (e.g. chlordanes) and significantly contributes at documenting the poorly known toxicological consequences of PFASs exposure in wildlife. Importantly, this PhD shows that PFASs and OCs could impact ageing, energy expenditure and some parental care behaviors in a contrasted manner. Specifically, oxychlordane, a metabolite of a banned organochlorine pesticide was associated with decreased telomere length, lowered metabolic rate and reduced ability to incubate the eggs. Conversely, elongated telomere, increased BMR and enhanced egg rotation were observed in birds bearing the highest concentrations of PFASs. Finally, at least for the considered endpoints, Hg appears as a coming minor threat for kittiwakes. This study highlights the importance of considering several groups of contaminants when investigating the consequences of environmental contaminants exposure in wildlife.

Le manguier (Mangifera indica L.), cinquième production fruitière mondiale, est une espèce à production irrégulière. L’irrégularité de production a des retombées économiques marquées pour tous les acteurs de la filière fruitière. Il apparait donc important de mieux comprendre les mécanismes qui déclenchent et entretiennent ce phénomène d’irrégularité de production. Le premier objectif de cette thèse est d’apporter un regard nouveau sur l’irrégularité de production du manguier en mobilisant le concept des coûts de la reproduction. Cette étude est effectuée à plusieurs échelles spatiales, unité de croissance (UC), branche charpentière, arbre, et de manière dynamique sur quatre cultivars. Les résultats montrent un effet négatif, ou coût, de la reproduction sur la croissance végétative au cycle suivant, avec des comportements contrastés des cultivars en lien avec leur irrégularité de production. En particulier, un effort reproducteur important diminue la probabilité de débourrement végétatif des UCs porteuses. Le second objectif est d’étudier, chez deux cultivars et à l’échelle de l’UC, les modifications anatomiques et hydrauliques liées à la croissance du fruit, et des mécanismes trophiques et hormonaux contribuant à cet effet négatif de la reproduction sur le débourrement végétatif. Les résultats montrent que la reproduction entraîne une différenciation du cambium de l’UC porteuse principalement en phloème. Les inflorescences et les fruits diffusent de l’auxine qui inhibe le démarrage végétatif des UCs reproductrices. Les fruits en croissance mobilisent les réserves en amidon de l’UC porteuse. Les faibles teneurs en amidon de ces UCs pendant et après la récolte contribuent à réduire leur probabilité de débourrement végétatif, et/ou à le retarder lorsqu’il a lieu. Les résultats diffèrent entre les deux cultivars, et l’implication de ces mécanismes dans l’irrégularité de production est discutée. Nos résultats permettent de mieux comprendre les facteurs qui entretiennent l’irrégularité ou l’alternance de production de différents cultivars de manguiers. De façon appliquée, ils suggèrent que des techniques de taille adaptées à chaque cultivar et nature d’UC pourraient permettre d’obtenir une production plus régulière chaque année. / The mango tree (Mangifera indica), the fifth fruit crop production in the world, is characterized by an irregular bearing pattern. Irregular bearing is responsible for economic difficulties for producers and for all actors along the fruit industry chain. A better understanding of mechanisms which trigger and maintain irregular bearing is therefore necessary. The first objective of this study is to provide a new perspective on irregular bearing of the mango tree using a concept developed in ecology and evolutionary biology, the costs of reproduction. The experiment was carried out dynamically at several spatial scales, growth unit (GU), scaffold branch, tree, and on four cultivars. Results show a negative effect, or cost, of reproduction on vegetative growth during the following cycle, with cultivar-specific behaviors related to their bearing pattern. In particular, an important reproductive effort reduces the probability of vegetative burst of the bearing GUs. The second objective is to study, for two cultivars and at the GU scale, the anatomical changes of the bearing axis during fruit growth, and hormonal and trophic mechanisms involved in the negative effects of reproduction on vegetative bud outgrowth. Results show that reproduction leads to cambium differentiation mainly in phloem, favoring nutrients and water supply to the fruit. Inflorescences and growing fruits release auxin, contributing to vegetative bud burst inhibition on fruiting GUs. Growing fruits mobilize starch reserves of bearing GUs. Their low starch content at and after harvest contributes to decrease their probability of vegetative burst, and/or delay it when it occurs. The results reveal a strong cultivar effect, and the involvement of these mechanisms in irregular bearing is discussed. Our results allow to better understand the factors maintaining irregular or alternate bearing of different mango cultivars. From a practical perspective, they suggest that pruning techniques adapted to each cultivar and GU fate may contribute to more regular production each year.

Dans le contexte actuel de changement climatique, anticiper la réponse des écosystèmes forestiers face à un risque de sécheresse accrue constitue un enjeu socio-économique, écologique et scientifique majeur. Les îles antillaises au-delà de leur statut de « hot spot de biodiversité », se situent dans un « hot-spot climatique », particulièrement à même d’être affecté par la réduction des précipitations. L’archipel Guadeloupéen constitue un modèle de choix dans l’étude des réponses végétales aux conditions environnementales. Il abrite l’ensemble de la diversité des écosystèmes caribéens, distribués le long d’un gradient altitudinal et de pluviométrie. Aux deux extrémités de ce gradient se situent des formations forestières expérimentant des conditions environnementales très contrastées : la forêt sèche et la forêt de nuage. Le premier objectif de cette étude était de caractériser les stratégies de croissance et la réponse physiologique à la contrainte hydrique de 8 espèces d’arbres structurants la forêt sèche et la forêt de nuage de Guadeloupe. Dans un premier temps, nous avons quantifié in situ, à différentes saisons, un large panel de traits fonctionnels intervenant à différentes échelles (cellule, feuille, individu) reflétant les principales fonctions végétatives des arbres (croissance, photosynthèse, transport hydraulique). Cette approche a permis de dresser un portrait fin du fonctionnement hydrique et carboné des espèces. L’approfondissement de la caractérisation de l’architecture hydraulique des espèces a été réalisée ex situ à travers une analyse structurelle (anatomique, morphologique) et fonctionnelle (résistance du xylème à la cavitation et des feuilles au flétrissement) afin de préciser leur potentiel de résistance à la sécheresse. Cette approche des différentes composantes du fonctionnement hydrique, rarement mise en œuvre, a permis de cerner les réponses des arbres de façon intégrée. Une importante diversité fonctionnelle a été mise en évidence au sein de chaque écosystème. Les espèces de forêt sèche, subissant une contrainte hydrique saisonnière marquée, montrent une capacité de résistance à la contrainte hydrique supérieure à celle des espèces de forêt de nuage. Cependant, la coexistence de différentes stratégies phénologiques dans cet écosystème aboutit à une importante diversité de stratégies hydriques et de croissance. En forêt de nuage, la contrainte hydrique édaphique est rare mais les espèces sont à même de subir une contrainte hydrique liée aux conditions atmosphériques. Dans cet écosystème, une diversité de comportement dépendant de la capacité des espèces à maintenir leur fonctionnement en cas de contrainte atmosphérique a aussi été mise en évidence. Nous avons identifié des corrélations intervenant entre la croissance cambiale, la résistance à la cavitation, la résistance au flétrissement foliaire et ses mécanismes d’ajustements sous-jacents ainsi que la sensibilité stomatique. Ces relations ont matérialisé un continuum cohérent et robuste de réponses fonctionnelles. La forte diversité relevée au sein des deux écosystèmes a induit une mixité de répartition des espèces le long de ce continuum. Afin de simplifier et résumer cette diversité mise en évidence nous avons cherché à former des groupes d’espèces déterminés par un jeu de traits morphologiques faciles à acquérir pour 14 espèces de forêt sèche et de forêt de nuage. / In the current context of climate change, anticipate the response of forest ecosystems facing an increased risk of drought is a socio- economic, ecological and scientific major issue. The Caribbean islands, beyond their status as «biodiversity hot spot», are in a "climate hot-spot ", particularly likely to be affected by reduced rainfall. The Guadeloupe archipelago is a model of choice in the study of plant responses to environmental conditions. It harbors all the diversity of Caribbean ecosystems, distributed along an altitudinal gradient and rainfall. At both ends of this gradient fall forest formations with contrasting environmental conditions: dry forest and montane cloud forest. The first aim of this study was to characterize growth strategies and the physiological response to water stress of 8 species of trees structuring the dry forest and cloud forest of Guadeloupe. First, we quantified in situ, in different seasons, a wide range of functional traits occurring at different scales (cell, leaf, individual) reflecting the main vegetative functions of trees (growth, photosynthesis, water transport). The deepening of the characterization of the hydraulic architecture of the species was carried out ex situ through a structural (anatomical, morphological) and functional (xylem resistance to cavitation and leaves wilt) analysis to clarify their potential resistance drought. This approach has enabled the identification of fine portrait of the water and carbon-functioning in the species. An important functional diversity has been demonstrated within each ecosystem. Dry forest species experience a marked seasonal water stress, show a higher resistance to water stress than that of cloud forest species. However, the coexistence of different phenological strategies in this ecosystem leads to a wide diversity of water and growth strategies. In cloud forest, edaphic water stress is rare but the species are likely to suffer water stress due to atmospheric conditions. In this ecosystem, a behavioral diversity dependent of the species' ability to maintain their functioning during atmospheric strain was also highlighted. We identified correlations between cambial growth, cavitation resistance, leaf wilt resistance and stomatal sensitivity. These relationships have materialized a coherent and robust continuum of functional responses. The high diversity recorded in the two ecosystems induced a mix of species distribution along this continuum.To simplify and summarize this diversity we sought to form groups of species determined by a set of morphological traits easy to acquire for 14 species of dry forest and cloud forest. This method produced groups reflecting different strategies for carbon management, influenced by the phenology of species. In contrast, groups obtained did not reflect drought response of species.Finally, because the seedling stage is a primary stage in terms of natural regeneration potential of forests, we evaluated ex situ the resistance to drought of dry forest seedlings. Like the adults, the dry forest seedlings showed a variety of strategies to cope drought.

Les aires de répartition des arbres pourraient être grandement affectées par le changement climatique. Les résultats d’analyses paléogéographiques ont montré que ces dernières se sont déjà déplacées avec les variations passées du climat. Ces études ont permis de déterminer la direction et la vitesse de migration des espèces, données utilisées actuellement pour générer des prédictions sur l’évolution de l’aire de répartition des espèces forestières en réponse au réchauffement du climat. Cependant, le contexte écologique dans lequel les arbres font face à ces changements est très différent par rapport aux changements climatiques passés : l'augmentation actuelle des températures est plus rapide, les surfaces susceptibles d’être colonisées sont occupées par des écosystèmes très différents et variés (forêts, surfaces agricoles, zones urbaines). Par conséquent, les arbres pourront-ils faire face à la rapidité des changements globaux actuels ? Auront-ils la capacité de migrer pour trouver des conditions plus favorables ou pourront-ils s’adapter et survivre à de nouvelles conditions environnementales ? Dans un premier temps, l’analyse de données historiques (plans d’aménagements de l’Office Nationale des Forêts et Inventaires Forestiers Espagnols) a permis de mettre en évidence des évènements de colonisation et d’extirpation et de quantifier la vitesse de migration de populations situées au cœur ou aux marges de leur aire de répartition. Une colonisation massive de Quercus ilex dans les dunes boisées atlantiques (limite Nord d’aire de répartition) a été mise en évidence au cours des 130 dernières années, confirmant les tendances prédites par les modèles. Cependant, les vitesses de colonisation de cette espèce restent bien inférieures aux déplacements de son bioclimat estimés à partir de modèles de niche. Les espèces localisées en limite Sud d’aire de répartition présentent des remontées altitudinales plus importantes que pour celles situées au cœur de leur aire. En conclusion, nos résultats montrent que les changements globaux ont déjà impactés la répartition des arbres malgré l’existence d’un décalage temporel entre les réponses migratoires des espèces forestières et le déplacement de leur bioclimat. Le stress hydrique est le facteur prépondérant pouvant expliquer le dépérissement des arbres dans un milieu dont la disponibilité en eau est limitée, notamment en marge chaude d’aire de répartition. Nous avons, par conséquent, étudié la résistance à la sécheresse et ses mécanismes chez les plusieurs espèces d’Angiospermes. Nos résultats montrent qu’un seuil de 90% d’embolie mène à des dommages physiologiques irréversibles de la plante et à la mort par déshydratation. Ce seuil est considérablement plus élevé que celui précédemment observé chez les conifères. L’étude du fonctionnement hydraulique d’espèces de chênes co-occurrentes nous a permis de montrer que la survie de Q. robur pourrait être menacée dans les forêts atlantiques dans un contexte de sécheresses de plus en plus intenses car il y subit des taux d’embolie native élevés. Au contraire, Q. ilex présente des taux d’embolie négligeables sur ce même site d’étude.Les vitesses réelles de migrations constituent des données empiriques essentielles qui nous renseignent sur les capacités migratoires effectives des arbres. Elles pourront être intégrées dans les modèles de répartition, tout comme les seuils d’embolie induisant la mort des arbres. / Tree distribution could be highly affected by climate change. Results of paleogeographic studies showed that tree distribution ranges have already shifted with past climate changes. These data are currently used to model the evolution of species distribution in response to global warming. However, the ecological context in which species have to cope with climate change is very different than the past one: the current increase of temperature occurs faster than the past global warming, the areas being likely colonized are covered by various ecosystems (forests, agricultural surfaces, urban areas). So will tree species be able to cope with the current global change? Will they be able to migrate to find more favourable conditions or to survive to drier environmental conditions? Firstly, the analysis of historical data (French National Forest Office and Spanish National Forest Inventories) allowed determining colonization and extirpation events, and quantifying migration rates of tree species populations situated at the edges or the core of their distribution range. We evidenced that Q. ilex has substantially colonized new areas at its northern margin during the last 130 years, confirming the model trends. However, the colonization rates of Q. ilex are much lower than the shift of its bioclimate predicted by bioclimatic models. Species located at their rear edge showed higher upward shifts than other species located at the core of their range. To conclude, our results showed that global change have already impacted tree distribution although a time-lag between forest species migration responses and their bioclimate shift. Water stress is the main factor explaining tree dieback when water is limited and so particularly at the warm limit of tree species distribution range. Therefore, we studied drought resistance and its mechanisms in angiosperm tree species. Our results showed that embolism threshold of 90% leads to irreversible damages and tree death by dehydration. This threshold is considerably higher than the observed in Conifers. The study of hydraulic functioning of co-occurring oaks showed that the survival of Q. robur could be threatened in the context of increasing drought in the Atlantic forests because of its functioning at high levels of embolism. On the contrary, Q. ilex presented negligible levels of embolism in the same study area. The migration rates form primordial empirical data that give us information about tree effective migration abilities. They could be integrated within vegetation distribution models as well as embolism thresholds leading to tree mortality.

De par leur importante diversité phénotypique (10000 espèces), les oiseaux ont colonisé la plupart des niches écologiques, aussi « extrêmes » soient-elles. Les zones polaires (Arctique et Antarctiques) et le climat extrêmement froid qui les aractérise, suscitent l’intérêt de nombreuses études. Ce travail de thèse avait pour but d’explorer les différents mécanismes intervenant dans la mise en place de la thermorégulation chez l’oiseau. Nous nous sommes principalement intéressés, par une approche intégrative, de l’animal entier (méthodes de calorimétrie indirecte) à l’expression génique (techniques de RT-PCR), à caractériser les modifications métaboliques et l’implication d’une protéine découplante (avUCP) dans les mécanismes de thermorégulation, et principalement la thermogenèse sans frisson (NST) en réponse à une exposition chronique au froid.Au cours de deux études menées chez le caneton de Barbarie, nous avons démontré l’aspect « adaptatif » de la NST ainsi que l’implication potentielle de l’UCP aviaire dans ce mécanisme en faisant varier tout d’abord la température d’acclimatation puis la durée d’exposition pour caractériser la mise en place de la NST au cours de la croissance. Lors d’une troisième étude, nous nous sommes intéressés à une étape clé de la vie des manchots royaux (passage en mer) caractérisée par un stress thermique important et une activité physique accrue dus aux longs séjours en eau froide. Ce contexte environnemental et physiologique entraine nécessairement des adaptations métaboliques, comme la mise en place d’un métabolisme lipidique efficace soutenant ainsi les dépenses énergétiques accrues lors des voyages en mer. / Because of their huge phenotypic diversity (10,000 species), birds were able to colonize many “extreme” ecological niches. Many studies have been focus on the polar areas (i.e. Arctic and Antarctica) with their typical cold climate. The aim of this work was to explore the onset of thermoregulatory mechanisms in birds. Using an integrative approach, from whole animal (indirect calorimetry) to gene expression (RT-PCR analysis), we investigated metabolic adaptations and avian uncoupling protein implication in non shivering thermogenesis (NST) during chronic cold exposure. In two studies, working on Muscovy ducklings, we have highlighted the “adaptative” aspect of NST and potential implication of avUCP in this mechanism in relation to different ambient temperatures of acclimation and to cold exposure duration.In a third study, we were interested by passage from shore to marine life of King Penguins that represents a key step of their life. This is defined by massive cold stress (cold water) and increase of physical activity (long-time swimming), leading great metabolic adaptations, such as an increase of lipid oxidative capacities which would sustain expensive energetic cost of marine life.