Madagascar est une île continentale de l’Océan Indien, au large de l’Afrique. C’est également un point chaud de biodiversité, hébergeant plus de 12 000 espèces de plantes vasculaires, dont plus de 600 espèces de fougères caractérisées par un endémisme dépassant les 45%. L’Afrique continentale n’héberge en comparaison que 800 espèces. Comment peut-on expliquer une telle concentration de biodiversité à Madagascar ? Quelles sont les origines biogéographiques des fougères malgaches ? L’apport de nouvelles données et la littérature préexistante permettent de proposer ici des hypothèses sur l’histoire biogéographique des fougères de Madagascar. Quatre groupes de fougères ont fait l’objet d’une étude biogéographique : les sous-familles de fougères grammitides et blechnoides, les genres Rumohra et Lindsaea-Odontosoria, ainsi qu’un genre de lycophytes, Phlegmariurus, représentant un réplica dans une autre lignée de plantes vasculaires à spores. L’histoire biogéographique des lignées malgaches au sein de ces groupes a été reconstruite, à partir de phylogénies moléculaires mondiales complétées par les espèces malgaches, de datations moléculaires, ainsi que de l’estimation des aires ancestrales.Bien que Madagascar soit d’origine ancienne, gondwanienne, les résultats des analyses biogéographiques montrent que les fougères et les lycophytes auraient colonisé Madagascar après son isolement, durant le Cénozoïque (< 66 Ma), depuis les néotropiques (Amérique du Sud) l’Afrique et l’Asie tropicale (au sens large, incluant l’Asie continentale et le sud-est asiatique jusqu’en Australasie). En particulier, de nombreuses dispersions ont été observées à partir du Miocène (< 23 Ma). Ces résultats seraient expliqués par une combinaison d’événements au Cénozoïque (formation des forêts tropicales humides Malgaches, formation de courants éoliens permettant la dispersion par spores) et des préférences écologiques des fougères et des lycophytes pour les forêts tropicales humides d’altitude, s’étant formées à partir du Miocène dans les régions sources. / Madagascar is a continental island in the Indian Ocean, near African coasts. It is also a biodiversity hotspot, comprising more than 12,000 species of vascular plants and including more than 600 fern species with an endemism reaching the 45%. Comparatively, continental Africa comprises only 800 species. How can such a diversity be explained in Madagascar? What are the biogeographical origins of the Malagasy ferns? Thanks to new data combined to the literature, hypotheses on the biogeographical history of Malagasy ferns are here proposed.Four fern taxa were newly investigated: grammitid and blechnoid subfamilies, Rumohra and Lindsaea-Odontosoria, as well as Phlegmariurus, a genus of lycophytes considered as a phylogenetic replicate in another vascular spore-bearing plant lineage. The biogeographical history of the Malagasy lineages was inferred, based on worldwide molecular phylogenies completed by Malagasy species, molecular dating and ancestral area estimates.Despite its Gondwanian origin, ferns and lycophytes would have colonized Madagascar after its isolation, during the Cenozoic (< 66 Ma), from the Neotropics (South America), Africa and tropical Asia s.l. (meaning from continental Asia to Southeast Asia and Australasia). Dispersal events were especially inferred from the Miocene (< 23 Ma). These results could be explained by the combination of events during the Cenozoic (establishment of the Malagasy rainforests, onset of wind currents allowing spore dispersal) and ecological preferences of ferns and lycophytes for elevated tropical rainforests that have established from the Miocene in the source regions.

Dans cette thèse, nous nous intéressons à la biomécanique de deux mouvements parmi les plus rapides du règne végétal. La première partie porte sur l’étude théorique du mouvement permettant la capture de proies par les pièges de l’utriculaire, des outres déformables de taille millimétrique refermées par une porte flexible. Un modèle dynamique, élaboré à partir d’ingrédients mécaniques, hydrodynamiques et élastiques, permet de relier la différence de pression entre l’intérieur et l’extérieur du piège à la position de la porte via deux équations différentielles couplées. Le modèle permet de capturer la dynamique de fonctionnement du piège et de prédire l’intégralité des comportements observés dans la nature via l’ajout d’un bruit stochastique. La seconde partie est consacrée au mouvement d’éjection des spores par les sporanges de fougères. Notre étude à la fois expérimentale et théorique permet de révéler le caractère remarquable de l’anneau, une structure spécialisée du sporange, dont la nature poroélastique lui confère un comportement comparable à celui d’une catapulte autonome. Les différentes phases du mouvement : ouverture, déclenchement par cavitation, fermeture rapide et recharge éventuelle sont observées via imagerie ultra-rapide. La courbure de l’anneau au cours du mouvement est mesurée expérimentalement puis comparée aux prédictions théoriques pour chacune des phases du mouvement. Cette étude nous permet d’identifier les différents processus physiques à l’origine du mouvement et de déterminer les paramètres caractéristiques de l’anneau : raideur, perméabilité membranaire et pression osmotique interne, ainsi que la pression négative de cavitation. / In this PhD work, we focus on the biomechanics of two motions among the fastest in plant kingdom. The first part is a theoretical study of the motion leading to a prey capture by the bladderwort’s traps, elastic millimeter-sized bladders closed by a flexible door. A dynamical model, based on mechanical, elastic and hydrodynamic ingredients, links the pressure difference between the trap and its surroundings with the door position by the means of two coupled ordinary differential equations. The model captures the dynamics of the trap and predicts all the range of behaviors found in nature by including stochastic noise in the system. The second part focuses on the fern sporangium motion allowing the spores dispersal. Our experimental and theoretical studies point out the remarkable character of the annulus, a specialized structure of the sporangium, as it behaves as an autonomous catapult due to its poroelastic nature. The different stages of the motion: opening, triggering by cavitation, fast closure and eventual reloading are observed using ultra-fast imaging. The annulus curvature is measured experimentally and then compared to the theoretical predictions for each motion phase. This study enables us to identify the physical processes governing the complete motion and to determine the characteristic parameters of the annulus: stiffness, permeability and internal osmotic pressure, and also the negative cavitation pressure.