La plasticité phénotypique, i.e. la capacité d’un génotype à exprimer plusieurs phénotypes en fonction des conditions environnementales, représente une source de variabilité phénotypique, et tient donc un rôle majeur dans l’évolution. Dans un environnement variable, les stratégies généralistes, capables de maintenir une valeur d’aptitude phénotypique (fitness) stable sur une plus large gamme de conditions environnementales grâce à une plus grande plasticité de traits sous-jacents, devraient être favorisées. L’analyse de normes de réaction, au laboratoire et en conditions naturelles, de traits physiologiques et de traits liés à la fitness en fonction de la température, révèle chez le parasitoïde Venturia canescens, que (i) la variabilité thermique de l’habitat détermine la forme des normes de réaction selon le compromis entre stratégies généraliste et spécialiste, (ii) les différences entre individus généralistes et spécialistes se maintiennent face à des fluctuations de la température mimant les conditions naturelles et (iii) les individus subissant une plus grande variabilité thermique dans leur habitat possèdent une capacité d’acclimatation au froid plus importante. Ces résultats montrent l’existence de deux stratégies chez V. canescens et donc une différenciation de leur niche thermique, autorisant leur coexistence en environnement hétérogène / Phenotypic plasticity, i.e. the ability of a genotype to express several phenotypes depending on environmental conditions, represents an important source of phenotypic variability and so plays a major role in evolution. In a variable environment, generalist strategies, able to maintain a stable value of fitness over a wide range of environmental conditions, thanks to a greater plasticity of underlying traits, should be favored. The analysis of reaction norms of physiological traits and traits related to fitness as a function of temperature reveals in the parasitoid Venturia canescens that (i) thermal variability of the habitat determines the shape of reaction norms, according to the trade-off between generalist and specialist strategies, (ii) differences between generalist and specialist individuals are maintained face to rapid fluctuations in temperature that mimic natural conditions and (iii) individuals experiencing greater variability in their thermal habitat have a greater capacity for cold acclimation. These results indicate the existence of two different strategies in V. canescens and therefore a thermal niche differentiation, allowing their coexistence in a heterogeneous environment

Evaluer, maintenir et restaurer les conditions écologiques des rivières nécessitent des mesures du fonctionnement de leurs écosystèmes. De par leur complexité, notre compréhension de ces systèmes est imparfaite. La prise en compte des incertitudes et variabilités liées à leur évaluation est donc indispensable à la prise de décision des gestionnaires. En analysant des données nationales (~ 1654 sites), les objectifs principaux de cette thèse étaient de (1) tester certaines hypothèses intrinsèques aux bio-indicateurs et (2) d'étudier les incertitudes de l'évaluation écologique associées à la variabilité temporelle des bio-indicateurs et à la prédiction des conditions de référence. (1) Ce travail met en évidence (i) le rôle prépondérant des facteurs environnementaux naturels dans la structuration des communautés aquatiques en comparaison des facteurs anthropiques (définis à l'échelle du bassin versant, du corridor riparien et du tronçon), (ii) les réponses contrastées des communautés aquatiques aux pressions humaines (dégradations hydro-morphologiques et de la qualité de l'eau) et (iii) plus généralement, les forts impacts des barrages et de l'altération de la qualité de l'eau sur les communautés aquatiques. (2) Une méthode Bayésienne a été développée pour estimer les incertitudes liées à la prédiction des conditions de référence d'un indice piscicole (IPR+). Les incertitudes prédictives de l'IPR+ dépendent du site considéré mais aucune tendance claire n'a été observée. Par comparaison, la variabilité temporelle de l'IPR+ est plus faible et semble augmenter avec l'intensité des perturbations anthropiques. Les résultats de ce travail confirment l'avantage d'indices multi-métriques basés sur des traits fonctionnels par rapport à ceux relatifs à la composition taxonomique. Les sensibilités différentes des macrophytes, poissons, diatomées et macro-invertébrés aux pressions humaines soulignent leur complémentarité pour l'évaluation des écosystèmes fluviaux. Néanmoins, de futures recherches sont nécessaires à une meilleure compréhension des effets d'interactions entre types de pressions et entre pressions humaines et environnement. / Sensitive biological measures of ecosystem quality are needed to assess, maintain or restore the ecological conditions of rivers. Since our understanding of these complex systems is imperfect, river management requires recognizing variability and uncertainty of bio-assessment for decision-making. Based on the analysis of national data sets (~ 1654 sites), the main goals of this work were (1) to test some of the assumptions that shape bio-indicators and (2) address the temporal variability and the uncertainty associated to prediction of reference conditions.(1) This thesis highlights (i) the predominant role of physiographic factors in shaping biological communities in comparison to human pressures (defined at catchment, riparian corridor and reach scales), (ii) the differences in the responses of biological indicators to the different types of human pressures (water quality, hydrological, morphological degradations) and (iii) more generally, the greatest biological impacts of water quality alterations and impoundments. (2) A Bayesian method was developed to estimate the uncertainty associated with reference condition predictions of a fish-based bio-indicator (IPR+). IPR+ predictive uncertainty was site-dependent but showed no clear trend related to the environmental gradient. By comparison, IPR+ temporal variability was lower and sensitive to an increase of human pressure intensity. This work confirmed the advantages of multi-metric indexes based on functional metrics in comparison to compositional metrics. The different sensitivities of macrophytes, fish, diatoms and macroinvertebrates to human pressures emphasize their complementarity in assessing river ecosystems. Nevertheless, future research is needed to better understand the effects of interactions between pressures and between pressures and the environment.

Une question fondamentale en écologie des populations est l’identification des facteurs influençant la dynamique d’une population. L’objectif principal de cette thèse est de déterminer quelles sont les réponses démographiques et populationnelles de prédateurs marins supérieurs face aux fluctuations d’abondance de leurs proies, aux variations climatiques, à la densité-dépendance tout en tenant compte de l’hétérogénéité inter et intra-individuelle (âge, expérience, sexe, qualité ou stratégie). Pour ce faire, nous nous baserons sur l’analyse de suivis à long-terme individuels et populationnels d’oiseaux marins longévifs et prédateurs apicaux phylogénétiquement très proches dans deux biomes contrastés : le labbe de McCormick Catharacta maccormicki sur l’archipel de Pointe Géologie en Antarctique et le labbe subantarctique Catharacta lonnbergi sur l’archipel des Kerguelen en milieu subantarctique. Nous tirerons parti d’estimations d’abondances de leurs proies respectives : le manchot Adélie Pygoscelis adeliae et le manchot empereur Aptenodytes forsteri en Antarctique, et le pétrel bleu Halobaena caerulea et le prion de Belcher Pachyptila belcheri à Kerguelen. Ces jeux de données offrent une opportunité unique de pouvoir déterminer et quantifier simultanément les différentes sources de variabilité dans les changements de taille de populations naturelles occupant l’un des niveaux trophiques les plus élevés des réseaux alimentaires antarctiques et subantarctiques. Nous avons mis en évidence de la variation dans plusieurs traits vitaux des deux populations influencées par les performances des individus et de l’hétérogénéité individuelle latente. Nous discutons des mécanismes par lesquels la variabilité climatique, l’abondance de proie et la densité de population peuvent affecter différentiellement les différentes classes d’âges de chaque trait vital, et les conséquences potentielles de futurs changements environnementaux. / A fundamental endeavor in population ecology is to identify the drivers of population dynamics. The main objective of this thesis is to determine what are the demographic and population responses of superior marine predators to the fluctuations of their prey abundance, to climatic variations, to density-dependence while taking into account inter and intra individual heterogeneity (age, experience, sex, quality or strategy). To do this, we analysed long-term individual and population-based monitoring of long-lived seabirds and phylogenetically close apical predators in two contrasting biomes: the south polar skua Catharacta maccormicki at Pointe Géologie archipelago, Antarctica, and the brown skua Catharacta lonnbergi on the sub-Antarctic Kerguelen Archipelago. We will use direct abundance of their respective prey: Adélie penguin Pygoscelis adeliae and emperor penguin Aptenodytes forsteri in Antarctica, and the blue petrel Halobaena caerulea and the thin-billed prion Pachyptila belcheri prion in Kerguelen islands. These datasets provide a unique opportunity to simultaneously disentangle and quantify the different sources of variability driving variation in natural populations occupying one of the highest trophic levels of the Antarctic and sub-Antarctic food webs. We found variation in several vital traits of both populations influenced by individual performance and latent individual heterogeneity. We discuss the mechanisms by which climatic variability, prey abundance, and population density can differentially affect the different age classes of each age class, and the potential consequences of future environmental changes.

Assessment of trophic interactions between increasing populations of New Zealand fur seals (Arctocephalus forsteri) and fisheries in southern Australia is limited due to a lack of species specific demographic data and an understanding of the factors influencing population growth. To establish species specific demographic parameters a cross-sectional sample of New Zealand fur seal females (330) and males (100) were caught and individually-marked on Kangaroo Island, South Australia between 2000 and 2003. The seals were aged through examination of a postcanine tooth, which was removed from each animal to investigate age-specific life-history parameters. Annual formation of cementum layers was confirmed and accuracy in age estimation was determined by examination of teeth removed from individuals of known-age. Indirect methods of assessing reproductive maturity based on mammary teat characteristics indicated that females first gave birth between 4-8 years of age, with an average age at reproductive maturity of 5 years. Among reproductively mature females, age-specific reproductive rates increased rapidly between 4-7 years of age, reaching maximum rates of 70-81% between 8-13 years, and gradually decreased in older females. No females older than 22 years were recorded to pup. Age of first territory tenure in males ranged from 8-10 years. The oldest female and male were 25 and 19 years old, respectively. Post-weaning growth in females was monophasic, characterised by high growth rates in length and mass during the juvenile growth stage, followed by a gradual decline in growth rates after reproductive maturity. In contrast, growth in males was biphasic and displayed a secondary growth spurt in both length and mass, which coincided with sexual and social maturation, followed by a rapid decline in growth rates. Age-specific survival rates were high (0.823-0.953) among prime-age females (8-13 yrs of age) and declined in older females. Relative change in annual pup production was strongly correlated with reproductive rates of prime-age females and adult female survival between breeding seasons.