Une interaction mutualiste peut être définie comme un échange de services, qu’ils soient trophiques ou non, entre individus d’espèces différentes. La myrmécochorie est un mutualisme dans lequel les fourmis récoltent des graines portant un appendice charnu appelé élaïosome (le tout formant une diaspore), les ramènent jusqu’au nid où l’élaïosome est détaché et consommé. La graine, restée intacte, est alors rejetée du nid où elle pourra rester ou être re-dispersée par un autre vecteur avant de germer. Dans ce contexte, le comportement de récolte des fourmis envers les diaspores est décisif pour leur dispersion. Divers traits tels que la morphologie, la composition chimique et la phénologie des graines myrmécochores influencent l’efficacité de leur dispersion par les fourmis. Néanmoins, la disponibilité spatio-temporelle de ces graines est un trait dont l’influence sur le comportement des fourmis reste peu connue.Dans cette thèse, nous nous sommes intéressés à l’influence de la disponibilité spatiale − en termes d’abondance − des diaspores de Chelidonium majus sur leur récolte et leur dispersion par les fourmis Myrmica rubra. Alors que les ouvrières exploitent la totalité d’un petit agrégat de diaspores, seule la moitié d’un large agrégat est exploité. Ceci suggère que la myrmécochorie stricte est efficace pour des plantes produisant peu de graines tandis qu’une libération massive de diaspores nécessite des modes de dispersion complémentaires. Concernant la disponibilité temporelle, des expositions successives à une même espèce de graines (V. odorata ou C. majus) conduisent à une diminution de l’intensité de leur récolte voire à une complète extinction de ce processus dans le cas de V. odorata. En effet, face à ces dernières, l’extinction de la réponse des fourmis persiste pendant au moins deux mois. Elle apparait également plus rapidement que pour les graines de C. majus et concerne toutes les étapes du processus de myrmécochorie puisque un ratio croissant de graines de V. odorata sont rejetées encore pourvues de leur élaiosome. Cette différence dans le comportement de récolte et dans son évolution temporelle ne semble pas liée à un bénéfice différentiel retiré de la consommation des élaïosomes provenant de ces deux espèces de graines myrmécochores. Par ailleurs, les larves semblent jouer un rôle de régulateurs de la récolte des diaspores de V. odorata et donc dans le phénomène d’extinction. L’ensemble des résultats présentés dans cette thèse met en évidence le caractère dynamique de cette interaction plante-fourmis, dont l’issue et la stabilité varie selon l’espèce considérée et la disponibilité spatio-temporelle des diaspores. / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

La sélection de la parentèle est le concept actuellement le plus fréquemment avancé pour justifier l’évolution et le maintien d'une caste ouvrière stérile chez les Hyménoptères sociaux. La fourmi méditerranéenne Cataglyphis cursor possède plusieurs traits biologiques qui font de cette espèce un modèle particulièrement intéressant pour tester les prédictions de la théorie de la sélection de la parentèle, le plus important d'entre eux étant la capacité des ouvrières, qui ne s'accouplent jamais, à produire une descendance mâle (haploïde) par parthénogenèse arrhénotoque, ou femelle (diploïde) par parthénogenèse thélytoque. Nos analyses génétiques, basées sur des marqueurs microsatellites développés au préalable pour cette espèce, ont révélé que les reines utilisent la reproduction sexuée et asexuée respectivement pour la production de la caste ouvrière et reproductrice. L'analyse du pedigree des reproductrices issues de la reproduction asexuée nous a permis d'identifier le mécanisme cytologique de la parthénogenèse thélytoque et d'estimer la proportion de reines issues de la reproduction des ouvrières au sein de la population. De plus, bien que les reines soient capables de produire une descendance diploïde (femelle) par parthénogenèse thélytoque, elles ont conservé la reproduction sexuée pour la caste ouvrière et s'accouplent avec plusieurs mâles. Ceci indique que la reproduction sexuée a une fonction importante au niveau de la colonie, et nous avons testé certaines des hypothèses avancées pour justifier l'évolution de la polyandrie. Finalement, nous avons étudié l'impact des stratégies de dispersion de cette espèce sur le sex-ratio de la descendance sexuée. Ces résultats confirment l'intérêt que représente l'étude des stratégies reproductrices chez les Hyménoptères sociaux pour tester les prédiction de diverses théories en biologie évolutives et ouvrent également de nouvelles perspectives de recherche, tant chez C. cursor que chez d'autres espèces appartenant au genre Cataglyphis. / Kin selection is, to date, the most widely accepted theory to justify the evolution of a sterile worker caste among social Hymenoptera. The Mediterranean ant Cataglyphis cursor represents an interesting biological model for several reasons, the most important of them being the ability for unmated workers to produce haploid (male) offspring, through arrhenotokous parthenogenesis, and diploid (female) offspring, through thelytokous parthenogenesis. Our genetic analyses, based on microsatellite loci developed for this purpose, revealed that queens selectively use sexual and asexual reproduction to produce workers and sexuals, respectively. Pedigree analyses allowed us to identify the cytological mechanism involved in thelytokous parthenogenesis and to estimate the proportion of worker-produced queens in the study population. Although C. cursor queens do not require mating to produce diploid offspring, they have retained sexual reproduction and mate multiply with up to 8 males. This suggests that sexual reproduction has important benefits for colony function, and we tested several hypotheses accounting for the evolution of polyandry. Eventually, we studied the effect of dispersal strategies on sex-ratio of the sexual brood. These results confirm the interest of investigating the reproductive strategies of social Hymenoptera to test the predictions of diverse theories in the field of evolutionary biology, and open new research perspectives in C. cursor and other ants of the Cataglyphis genera. / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Les savanes tropicales sont très importantes pour la production agricole et de nombreux services écosystémiques. En Colombie, ces savanes ont été traditionnellement gérées par l'élevage extensif et l'agriculture à faible intrants. La conversion actuelle de ces systèmes naturels en agriculture intensive peut avoir des effets dévastateurs sur la biodiversité du sol et au-dessus du sol. La macrofaune du sol représente une part importante de la biodiversité des agroécosystèmes et certains groupes ont reçu une attention considérable en tant qu'ingénieurs des écosystèmes. L'objectif général de la thèse est d'évaluer et d'analyser les impacts des paysages agricoles sur les communautés d'ingénieurs des sols et les services écosystémiques fournis par le sol dans les Llanos colombiens. Trois questions principales ont été abordées: (1) Quel est l'impact de la gestion agricole sur les communautés de fourmis et est-il possible d'identifier des espèces de fourmis qui pourraient servir d'indicateurs des services écosystémiques basés sur le sol? (2) Quel est l'impact de l’usage des sols sur les communautés de fourmis et de termites et cet impact est-il lié aux modifications des propriétés physiques et chimiques des sols? (3) Les traits écologiques et morphologiques des fourmis répondent-ils aux usages du sol et aux propriétés du sol?Les résultats de cette thèse confirment que les communautés de fourmis sont très sensibles aux changements d'usage de sols et constituent de bons indicateurs précoces des services écosystémiques basés sur les sols. Plus précisément, les cultures annuelles se sont révélées le plus préjudiciables aux communautés de fourmis et de termites, et cela est probablement dû à l'application d'intrants chimiques, ainsi qu'au travail du sol et aux pesticides. Tous les usages du sol (savanes, plantation de caoutchouc ou palmiers à huile, pâturages améliorés et cultures annuelles) ont une faune particulière, mais certaines espèces ont des besoins particuliers en termes d’habitat pour leurs nids, leur nourriture, ou des refuges. Certaines espèces sont plus généralistes et particulièrement adaptées aux environnements perturbés. En ce sens, la présence de toutes les utilisations du sol dans un paysage contribue dans une certaine mesure à la diversité totale. On a constaté que les usages des sols avec une couverture arborée permettent le maintien d’espèces rares, discrètes et souvent avec exigences de habitat particulaires. / Tropical savannas are highly important for agricultural production and many other ecosystems services. In Colombia, these savannas have been traditionally managed through extensive livestock production and low-input agriculture. The current conversion of these natural systems to intensified agriculture can have devastating impacts on belowground and aboveground biodiversity. Soil macrofauna represents an important part of agroecosystem biodiversity and some groups have received considerable attention as ecosystem engineers. The general goal of the thesis is to evaluate and analyze the impacts of agricultural landscapes on soil engineer communities and soil ecosystem services in the Colombian Llanos. Three main questions were addressed: (1) What is the impact of agricultural management on ant communities and is it possible to identify ant species that could be used as indicators of soil-based ecosystem services? (2) What is the impact of land uses on ant and termite communities and is this impact associated with modifications of soil physical and chemical properties? (3) Do the ecological and morphological traits of ants respond to land uses and soil properties?The results of this thesis confirm that ant communities are highly sensitive to land use changes and constitute good early indicators of soil-based ecosystem services. More accurately, annual crops have shown to be detrimental to ant and termites communities and this is probably due to the application of chemical inputs, as well as to tillage and pesticides. All land uses (Savannas, rubber or oil palm plantations, improved pastures and annual crops) have a particular soil fauna, but some species have particular habitat requirements for nest sites, food, refugees, etc. Some species are more generalist and are particularly adapted to disturbed environment. The presence of all land uses within a landscape contributes to a certain extent to the total diversity. It was found that sites with a tree cover protect rare, sometimes inconspicuous and perhaps fragile species.

Les fourmis coupeuses de feuilles, du fait de la relation symbiotique qu'elles entretiennent avec leur champignon, possèdent certainement l'organisation la plus complexe de toutes les espèces de fourmis. Ce travail de thèse a eu pour but d'étudier le comportement d'approvisionnement de ces fourmis, en appréhendant les multiples aspects de ce comportement par une combinaison d'expériences réalisées au laboratoire et sur le terrain. Nous nous sommes intéressés aux infrastructures mises en place par les fourmis et qui sont impliquées dans l'activité de récolte (pistes physiques et tunnels de fourragement), à la modulation des différents signaux impliqués dans le recrutement (piste chimique et contacts entre ouvrières), et enfin aux choix des substrats récoltés, pour proposer un pattern global de l'activité de récolte des fourmis coupeuses de feuilles en conditions naturelles. / Leaf cutting ants, with their symbiotic fungus, exhibit certainly the most complex organization of all ant species. The aim of this thesis was to study the foraging behavior of these ants, by a combination of laboratory and field experiments. We investigated the role of the structures built by ants outside the nest (trunk trails and foraging tunnels), the modulation of different types of communication involved in the recruitment to the resource exploited (chemical trail and contacts between workers), and finally the mechanisms underlying the choice of the harvested substrate, to suggest a general pattern of the foraging strategy used by these ants in natural conditions.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Tableau d’honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2010-2011 / Comment utiliser la théorie de la recherche et la planification de chemins pour formuler et résoudre un problème de détection dans le contexte de la recherche et sauvetage en milieu terrestre considérant des aspects pratiques tels que les contraintes de visibilité découlant du terrain? Pour répondre à cette question, nous présentons une nouvelle formulation introduisant les contraintes de visibilité du chercheur (le problème de planification du chemin optimal du chercheur avec visibilité ou OSPV). De plus, nous présentons une extension multicritère du problème. Dans un premier temps, l'efficacité du plan de recherche est quantifiée par la probabilité de retrouver l'objet recherché; un programme en nombres entiers mixte est comparé à Ant Search, notre adaptation de l'optimisation par colonies de fourmis. Ensuite, l'extension multicritère intègre les aspects de sécurité du chercheur et de complexité du plan; Ant Search est alors étendu pour introduire Pareto Ant Search et Lexicographie Ant Search.

Dans ce travail, nous considérons un système multi-états série-parallèle dont les composantes sont sujettes à des réparations minimales et à des actions de maintenance préventive imparfaite. Le système peut avoir différents niveaux de performance, allant d'un fonctionnement parfait à une défaillance complète. Les composantes peuvent être en opération ou hors d'usage. La fiabilité d'un système multi-états est définie par sa probabilité de satisfaction d'une demande donnée. La fiabilité de chaque composante est caractérisée par sa fonction de hasard. Chaque action de maintenance préventive conduit à une réduction de l'âge effectif de l'équipement. Elle est caractérisée par son coefficient de réduction d'âge et par son coût. L'objectif consiste à planifier des actions de maintenance préventive pendant la durée de vie du système multi- états, de façon à minimiser le coût total moyen de maintenance, sous une contrainte de fiabilité. Il s'agit d'un problème d'optimisation combinatoire qui a été auparavant formulé et résolu par les algorithmes génétiques dans [47]. Dans ce travail, ce problème est résolu en utilisant une méthode heuristique basée sur le méta-heuristique des colonies de fourmis. Inspirée par les études sur le comportement des fournis réelles, cette méthode possède plusieurs caractéristiques intéressantes et constitue une approche intéressante pour résoudre les problèmes d'optimisation de la fiabilité. Une technique à base de la fonction de génération universelle est implémentée pour évaluer la fiabilité du système multi-états. En combinant la technique de la fonction de génération universelle et l'optimisation par colonies de fourmis, l'algorithme proposé permet d'obtenir efficacement une séquence quasi-optimale des actions de maintenance. L'approche développée et testée dans ce travail constitue une alternative intéressante pour la résolution du problème d'optimisation de la maintenance préventive imparfaite pour les systèmes multi-états. Des exemples numériques de la détermination de plans quasi-optimaux de maintenance préventive sont également présentés. / In this work, we consider a series-parallel multi-state System composed of elements subjected to minimal repair and imperfect preventive maintenance actions. The System has a range of performance levels from perfect functioning to complete failure. Components may experience two possible states: good and failed. Multi-state System reliability is defined as the System ability to satisfy given demand. The reliability of each element is characterized by its hazard function. Each preventive maintenance action may affect the effective age of equipment, and is characterized by its age reduction coefficient and cost. The objective is to determine a minimal average cost plan of preventive maintenance actions during multi-state System lifetime, under the constraint of providing a required level of System reliability. This is a combinatorial optimization problem which has been previously formulated and solved by genetic algorithms in [47]. In this work, this problem is solved by using a heuristic based on ant colony meta-heuristic. Inspired by studies on the behaviour of real ants, this method has many interesting characteristics and approaches for solving reliability optimization problems. A universal generating function technique is implemented to evaluate System reliability. By combining the use of the universal generating function technique and ant colony optimization, the proposed algorithm obtains efficiently quasi-optimal sequence of maintenance actions. The approach developed and tested in this work constitutes an interesting alternative approach to solve the imperfect preventive maintenance problem for multi-state Systems. Numerical examples of the determination of quasi-optimal preventive maintenance plans are also presented.

Le microbiote bactérien cuticulaire des fourmis (Hymenoptera : Formicidae) est connu pour avoir un rôle défensif chez ces insectes sociaux, notamment chez les fourmis attines (Formicidae : Attini) grâce l’utilisation de molécules antimicrobiennes produites par des actinobactéries cuticulaires. Dans le cadre de cette thèse, nous avons étudié le microbiote bactérien des fourmis de Guyane en utilisant différentes approches en chimie des produits naturels et en écologie moléculaire. Le premier chapitre décrit l’isolement, l’identification, la culture et l’évaluation biologique de 43 actinobactéries cuticulaires de fourmis de Guyane. Les tests d’antagonismes des souches isolées et l’activité antibiotique des extraits de culture contre des micro-organismes pathogènes humains sont présentés ainsi que l’identification d’un dipeptide cyclique (Cyclo(LPro-LPhe)) antimicrobien qui a été isolé à partir d’une souche proche de Streptomyces thioluteus. Par ailleurs, la mise en œuvre de réseaux moléculaires appliqués à une analyse par UPLC/MS/MS de cocultures d’actinobactéries a permis d’explorer la diversité des métabolites produits dans ces conditions. Le deuxième chapitre présente une étude méthodologique pour comparer quatre méthodes d’extraction d’ADN, en termes de richesse et de composition du microbiote bactérien cuticulaire, par séquençage haut débit à partir des espèces Atta cephalotes et Pseudomyrmex penetrator. Les résultats du métabarcoding ADN mettent en lumière deux méthodes d’extraction et révèlent des différences inter- et intraspécifiques dans la composition des communautés bactériennes cuticulaires. Enfin, le chapitre trois décrit la composition du microbiote bactérien cuticulaire des espèces Camponotus femoratus et Crematogaster levior dans les jardins de fourmis. Les résultats soulignent l’acquisition d’une partie du microbiote dans l’environnement. En parallèle l’analyse métabolomique des cuticules montre à contrario une plus grande spécificité liée à l’espèce de fourmi. Les recherches futures axées sur les stratégies d’analyses statistiques combinant le métabarcoding et la métabolomique sont discutées. / The bacterial microbiota of ants (Hymenoptera: Formicidae) is known to have a defensive role in social insects, particularly for leaf-cutting ants (Formicidae: Attini) due to the use of antimicrobial molecules produced by cuticular actinobacteria. In this thesis, we studied the bacterial microbiota of ants in French Guyana using different approaches based on natural products chemistry and molecular ecology. The first chapter describes the isolation, identification, culture and biological evaluations of 43 cuticular actinobacteria. Antagonism bioassays of isolated strains and antibiotic activities of the culture extracts against human pathogens are presented as well as the identification of an antimicrobial cyclic dipeptide (Cyclo (LPro-LPhe)) isolated from a strain close to Streptomyces thioluteus. Moreover, the implementation of molecular networks applied to UPLC/MS/MS analysis of actinobacterial cocultures allowed us to explore the diversity of metabolites produced under these conditions. The second chapter presents a methodological study to evaluate the capacity of four DNA extraction methods, in terms of richness and composition of the cuticular bacterial microbiota, in high-throughput sequencing from Atta cephalotes and Pseudomyrmex penetrator. The results of metabarcoding highlight two methods of extraction and reveal inter- and intraspecific differences in the composition of cuticular bacterial communities. Finally, chapter three describes the composition of the cuticular bacterial microbiota of Camponotus femoratus and Crematogaster levior in ant garden and the results reveal the acquisition in the environment of a part of the microbiota. In parallel, metabolomic analyses of ant’s cuticle show, on the contrary, a greater specificity related to the ant species. Future researches focusing on statistical analysis strategies combining metabarcoding and metabolomics data are discussed.

Dans le cadre de cette thèse, nous nous sommes intéressés à la mise en œuvre d'algorithmes auto-adaptatifs d'Intelligence Collective pour la résolution de problèmes d'optimisation modélisés dans un langage de Programmation par contraintes (PPC). Nous avons porté une attention particulière à la famille d'algorithmes de type " Ant Colony Optimization " (ACO). Nous avons développé trois contributions, à savoir : (1) Intégration des algorithmes de type ACO dans un langage de programmation par contraintes pour la résolution de problèmes de satisfaction de contraintes; (2) Proposition d'un algorithme hybride et générique où ACO est couplé à une approche complète pour résoudre des problèmes d'optimisation combinatoires (3) Proposition d'une stratégie capable d'adapter dynamiquement les paramètres de ACO.