Les maladies d'origine tellurique sont difficilement contrôlables par la lutte chimique ou variétale et se caractérisent par des processus et des échelles spatio-temporelles différents de ceux des maladies aériennes. En particulier, les modes de dispersion des agents pathogènes du sol permettent l'apparition et le maintien d'une forte structure spatiale de ces maladies, qui se développent souvent sous forme de foyers. Cette agrégation influence à la fois la dynamique temporelle des épidémies et la relation dégâts-dommages, ce qui en fait un élément important du raisonnement des méthodes de lutte. L'objectif de cette thèse est de comprendre et de modéliser le développement spatio-temporel des épidémies d'origine tellurique afin d'en déduire des stratégies de gestion susceptibles de limiter les risques associés, en particulier en agissant sur la structure spatiale de ces maladies. Pour ce faire, deux modèles ont été développés. Le premier, spatialement explicite et assez détaillé biologiquement, a été paramétré en conditions contrôlées dans le cas du piétin-échaudage du blé. Le test de ce modèle à l'aide de données issues du champ montre une bonne précision malgré un biais positif et indique des pistes pour améliorer la valeur prédictive du modèle. Le second modèle, plus simple et plus générique, utilise la théorie de la hiérarchie pour simuler le développement d'épidémies à plusieurs échelles spatiales simultanément. Il permet de tester des hypothèses concernant le fonctionnement des épidémies et les liens entre incidences à différentes échelles, et en particulier l'effet de la structure spatiale du peuplement hôte et de l'inoculum primaire sur la dynamique et l'agrégation de la maladie. Dans le cas du piétin-échaudage, pour lequel nous avons montré l'importance de la structure spatiale de l'inoculum primaire, ces simulations conduisent à préconiser des semis différents en fonction du rang dans la succession culturale.

Les patrons récursifs de déplacement, où l’individu revient à des sites déjà visités, sont très répandus. L’utilisation de la mémoire, supposée être avantageuse lorsque l’environnement est prévisible, pourrait être sous-jacente à l’émergence de ces patrons. Cependant, notre compréhension de l’interface mémoire-déplacement a jusqu'à présent été limitée par un manque de méthodes adaptées et d’investigation théorique des avantages de l’utilisation de la mémoire et des patrons qui en émergent. Au cours de cette thèse j’ai cherché à combler en partie ces manques. Je propose ici trois nouveaux cadres d'analyse des patrons récursifs de déplacement. Le premier délimite les zones les plus fréquemment revisitées par un individu, le deuxième détecte la périodicité dans les revisites de sites connus, et le troisième définit formellement et quantifie la routine de déplacement en termes de répétitivité de la séquence de déplacement, et propose un algorithme pour détecter les sous-séquences répétées. A l'aide d'un modèle individu-centré, nous montrons que l'utilisation de la mémoire dans un environnement prévisible est très avantageuse énergétiquement comparée à une stratégie de recherche sans mémoire, y compris en situation de compétition, et qu'elle mène à l'émergence de domaines vitaux stables et à la ségrégation spatiale entre individus. L'utilisation de la mémoire invalide plusieurs hypothèses très courantes faites par les études populationnelles, en menant à une forte déplétion de l’environnement, à une augmentation de la taille de la population à l’équilibre, et à une relation non linéaire entre la taille de population totale et l’intensité de compétition localement ressentie par les individus. Ainsi, ma thèse contribue à une meilleure compréhension des conséquences de la mémoire sur la valeur sélective des individus, sur les patrons de déplacement, et sur la démographie des populations. Elle propose des méthodes innovantes pour quantifier et caractériser les patrons récursifs de déplacement pouvant émerger de son utilisation. Ces méthodes devraient ouvrir de nouvelles opportunités de comparaisons entre individus de différentes populations ou espèces qui permettront le test d'hypothèses sur les pressions de sélection favorisant l'utilisation de la mémoire. / Recursive movement patterns, by which an individual returns to already visited sites, are very common. Memory use, hypothesized to be advantageous when the environment is predictable, could underlie the emergence of these patterns. However, our understanding of the memory-movement interface has been limited by two knowledge gaps. We still lack appropriate methodologies and theoretical knowledge of the advantages of memory use and of the patterns that emerge from it. During this PhD project, I aimed at filling in some of these gaps. I present here three new frameworks for the analysis of recursive movement patterns. The first one delimits the areas most frequently revisited by an individual, the second one detects periodic revisit patterns, and the third one formally defines and quantifies routine movement behaviour in terms of movement sequence repetitiveness, and presents an algorithm that detects the sub-sequences that are repeated. Using an individual-based model, we show that memory use, when the environment is predictable, is very energetically advantageous compared to foraging strategies that do not use memory, including in a situation of competition, and that it leads to the emergence of stable Home Ranges and spatial segregation between individuals. Memory use invalidates several hypotheses very commonly made in population studies, by leading to a stronger environmental depletion, to a higher equilibrium population size, and to a nonlinear relationship between the total population size and the individually-experienced intensity of competition. Therefore, my PhD thesis contributes to a better understanding of the consequences of memory use for the fitness of individuals, for movement patterns, and for population dynamics. It offers innovative methodologies that quantify and characterize recursive movement patterns that can emerge from its use. These methods should open new opportunities for the comparison of the movements of individuals from different populations and species, and thus the testing of hypotheses about the pressures that select for memory use.

Les systèmes bactériens sont complexes et adaptatifs. Soumis à des perturbations, telles qu’un traitement antibiotique, ils survivent, se régénèrent et évoluent. Ceci est d’autant plus vrai pour les biofilms, capables de surmonter des traitements létaux à des bactéries planctoniques. La capacité des systèmes à retrouver leur équilibre initial, certaines fonctions ou compositions après un choc est appelée résilience. La résilience est souvent considérée comme complémentaire à la résistance en écologie. Pourtant, la résilience aux antibiotiques reçoit peu de considération en comparaison de la résistance aux antibiotiques en bactériologie. L’une des raisons de ce désintérêt est que ce concept est souvent mal défini et ambigu. Dans cette thèse, nous proposons tout d’abord une base conceptuelle de la résilience aux antibiotiques. A partir de l’analyse de différentes définitions existantes de la résilience, nous fournissons une démarche pour formaliser le concept de résilience dans le contexte d’une population bactérienne soumise à des traitements antibiotiques. De cette première analyse, le mécanisme biologique de persistance bactérienne est ressorti comme important dans la résilience aux antibiotiques. Ce phénomène repose sur la formation de cellules tolérantes aux antibiotiques, les persisters, dont la formation est influencée par les conditions environnementales. Afin de relier la formation des persisters aux conditions environnementales, nous avons développé des modèles mathématiques de transition phénotypique entre cellules sensibles et persisters que nous avons calibrés et testés à l’aide de données expérimentales. Enfin, nous avons étudié l’effet de la persistance bactérienne sur la résilience aux antibiotiques des biofilms. Pour cela, nous avons développé un modèle individu-centré de biofilm intégrant des transitions entre cellules sensibles et persisters. Différentes stratégies de transition ont été reliées à la capacité des biofilms à croître, survivre et se régénérer après un choc antibiotique. La mise en place d’expériences capables de fournir des données à comparer aux simulations est proposée dans la discussion de cette thèse. Cette thèse contribue à la clarification du concept de résilience aux antibiotiques et à la compréhension du phénomène de persistance bactérienne dans les biofilms. Elle ouvre des perspectives sur l’utilisation du concept de résilience en bactériologie clinique et souligne l’importance de l’hétérogénéité des populations bactériennes dans leur capacité à confronter les perturbations et évoluer. / Bacterial systems are complex and adaptive. When faced with disturbances, such as antibiotic treatments, they survive, recover and evolve. This is particularly true for biofilms, which survive treatments that planktonic cells cannot overcome. The capacity of systems to recover their initial state, some of their functions or composition after a disturbance is called resilience. The resilience concept is often considered complementary to resistance in ecology. However, antibiotic resilience has received little attention compared to antibiotic resistance. One reason of this lack of interest comes from the fact that the resilience concept is often poorly defined and ambiguous. In this thesis, we firstly developed a conceptual framework of antibiotic resilience and applied this framework to the case of a bacterial population faced with antibiotics. This analysis highlighted the importance of the biological mechanism of bacterial persistence. This phenomenon is based on the formation of sub-populations of antibiotic tolerant cells, the persisters, which is influenced by environmental conditions. To relate persister formation to environmental conditions, we developed mathematical models of phenotypic switches between susceptible and persister cells and calibrated and tested them with experimental data. Lastly, we studied the influence of bacterial persistence on biofilm antibiotic resilience. For this purpose, we developed an individual-based model of biofilm with phenotypic switches between susceptible and persister cells. Different strategies of phenotypic switches were related to the dynamics of growth, survival and recovery of bacterial biofilms faced with antibiotic shocks. The setting up of experimentations to obtain data to compare to simulations is presented in the discussion of this thesis. Globally, this thesis contributes to the clarification of the concept of antibiotic resilience and to the understanding of bacterial persistence in biofilms. It gives new perspectives on the use of the resilience concept in clinical bacteriology and emphasizes the importance of the heterogeneity of bacterial populations in their capacity to face disturbances and evolve.

Dans cette thèse nous nous sommes intéressés à la formation des bancs de poissons et à l'étude des interactions proies-prédateurs en présence de comportements collectifs par une approche de modélisation. Ce phénomène, bien qu'il soit le résultat d'interactions qui ont lieu à l'échelle individuelle, il engendre des conséquences à plus grande échelle, spatiale ou temporelle. L'objectif principal de cette thèse a été celui de comprendre l'influence du processus d'agrégation sur la réponse fonctionnelle. Nous avons élaboré un modèle centré sur l'individu (IBM) qui décrit les interactions intra-spécifiques ainsi que celle entre proies et prédateurs. Les agents peuvent ou pas avoir du comportement collectif.Dans un premier modèle les prédateurs sont attirés par les proies qu'ils voient. Ensuite, nous avons ajouté une composante à la vitesse du prédateur dépendante du bruit émis par les proies. Pour les deux cas, nous avons comparé les réponses fonctionnelles dans quatre configurations différentes. Nos résultats suggèrent que la prédation est plus efficace lorsque les proies s'agrègent. De plus, deux différents types de réponse fonctionnelle émergent : celle de Holling type II si les proies ne forment pas des bancs, celle de Holling type III autrement.Ensuite, nous nous sommes focalisés sur les conséquences à l'échelle de la population d'un phénomène (l'agrégation) se déroulant à l'échelle individuelle. Nous avons cherché un indice capable de détecter les bancs dans l'espace. Ensuite, en suivant une démarche mathématique, nous avons écrit une équation aux dérivées partielles représentant l'évolution spatio-temporelle de la densité des proies. / This thesis deals with the modelling of schooling phenomena and its consequences on predator-prey dynamics. Many marine species exhibit collective behaviour. While this phenomenon depends on individual interactions, it can have important effects at larger spatial and temporal scales.The main goal of this work is to understand the influence of aggregation on functional response, which represents predator feeding behaviour. We elaborated an individual-based model (IBM) describing schooling behaviour as well as predator-prey interactions. Predators can either be attracted towards visible prey, or hear, and so move towards, the noise produced by prey at a larger distance and then attack once they are close enough to see them. We analysed four different configurations, in which prey and/or predators can school or just move randomly. Our results shown an increased predation efficiency when prey school, and also different functional response shapes: Holling type II emerges if prey do not aggregate, while Holling type III emerges when prey school. Then, we focused on schooling consequences at higher scale. In particular, we analysed how to fit classical models to our emergent functional responses. Moreover, we found out a possible way to detect aggregates. Finally, we wrote a model representing the spatio-temporal evolution of prey density.

Nous connaissons depuis plus d’un siècle des bouleversements climatiques, socio-économiques et sociétaux de plus en plus fréquents et intenses. L’adaptation à ce contexte incertain, pour envisager l’avenir de façon durable, est un défi particulièrement important. L’agriculture est au cœur de ce défi et de la réflexion sur les modes d’adaptation. Les anthropologues ont récemment identifié deux types de changements de l’agriculteur: le changement mineur (en accord avec le comportement normatif de référence), et le changement majeur (changement profond, remise en cause des normes majoritaires permettant l’adoption de comportements innovants). Ces deux types de changement sont très proches de l’adaptation incrémentale et de l’adaptation transformationnelle qui sont définis tant pour des individus que pour des institutions locales, nationales ou internationales … Nous proposons un modèle individu-centré de l’adaptation des agriculteurs qui intègre dynamiquement changements mineurs et majeurs, en nous focalisant sur la dimension psycho-sociale de ces changements. Nous appliquons notre modèle à la question, de la conversion à l’agriculture biologique des éleveurs laitiers français. Cette transition a en effet été généralement caractérisée comme un changement majeur, ou une adaptation transformationnelle, et s’avère donc pertinente pour tester notre modèle. Le modèle d’agriculteur est en général dans un régime stable durant lequel seuls des changements mineurs sont opérés. Ces changements sont menés en imitant des comportements adoptés par les agriculteurs les plus crédibles. La crédibilité d’un agriculteur pour un autre est d’autant plus forte que son volume produit est supérieur à celui de cet agriculteur. Ces changements se traduisent concrètement par des modifications des volumes produits qui correspondent à des choix de pratiques plus ou moins intensifs.Le modèle peut passer d’un régime stable à un autre en transitant par un changement majeur impliquant de changer la hiérarchie des importances, accordées aux dimensions « productiviste » et « environnementale », qui pondèrent son évaluation des résultats de son mode de production (par exemple : conventionnel ou biologique). Le calcul de son évaluation utilise la théorie de l’action raisonnée. Il permet à l’agriculteur de déterminer sa satisfaction, à partir de ses résultats précédents, et de ses résultats comparés à ceux de ses pairs crédibles, en tenant compte de l’importance accordées à chaque dimension d’évaluation. Lorsqu’un agriculteur est insatisfait de son mode de production courant, il évalue sa satisfaction potentielle pour un autre mode de production, et adopte ce dernier si son gain de satisfaction est supérieur à un seuil. Il change alors la hiérarchie des importances accordées à ses dimensions d’évaluation pour être en accord avec le mode adopté. Un agriculteur biologique accordera ainsi par exemple une importance plus forte à la dimension environnementale qu’à la dimension productiviste. Ce changement implique alors une réévaluation tant de la crédibilité de ses pairs que de leurs pratiques. (...) / For more than a century, climatic, socio-economic and societal changes are more and more frequent and intense. Adapting to this uncertain context to envisage a sustainable future is a particularly important challenge. Agriculture is at the heart of this challenge and the reflection on the modes of adaptation. Anthropologists have recently identified two types of farmer changes: minor change (consistent with normative behavior), and major change (deep change, challenge the majority norms allowing adoption of innovative behaviors). These two types of change are very close to the incremental adaptation and the transformational adaptation that are defined for individuals as well as for local, national or international institutions.We propose an individual-based model to study farmers’ adaptations that dynamically integrates minor and major changes. We focus on the social-psychological dimension of these changes. Our model is applied to the question of French dairy farmers’ conversions to organic farming. This transition has been characterized as a major change, or a transformational adaptation, and is therefore relevant to test our model.A farmer stays generally in a stable regime doing only minor changes. These changes are carried out by imitating the practices of the most credible farmers. The credibility of one farmer given to another is larger if his (her) produced volume is greater than that of this farmer. These changes are shown by concrete changes of produced volumes, which correspond to more or less intensive choices of practice.In the model, a farmer passes from one stable regime to another through a major change involving a change of his (her) hierarchy of importance over the "productivist" and "environmental" evaluative dimensions. The importance weights his (her) evaluation of the results according to the mode of production (for example: conventional or organic). The computation of the evaluation is based on the theory of reasoned action. This evaluation shows a farmer’s satisfaction that is based on his (her) previous results and his (her) results compared to those of his (her) credible peers, taking into account the importance given to each dimension of evaluation. When a farmer is dissatisfied with his (her) current mode of production, he (she) evaluates his (her) potential satisfaction with another mode of production, and adopts the latter if his (her) satisfaction gain is above a threshold. He (she) then changes the importance hierarchy given to the evaluation dimensions to be in agreement with the adopted mode. For example, an organic farmer will given more importance to the environmental dimension than to the productivist dimension. This change implies a reassessment of both the credibility given to his (her) peers and their practices. (...)

La faible représentation de la biodiversité dans les modèles de végétation a longtemps été un obstacle à la compréhension et à la projection des processus écosystémiques. La forte biodiversité des forêts tropicales, leur rôle clé dans les cycles biogéochimiques globaux, ainsi que leur vulnérabilité aux perturbations anthropiques directes et indirectes, amplifient les difficultés et enjeux de ces questions de recherche. En particulier, l'augmentation prédite de la fréquence et de l'intensité des sécheresses pourrait impacter la structure et composition floristique de ces forêts, comme dors et déjà observé au cours d'expériences naturelles et artificielles. Cette thèse explore ces questions de recherche à travers deux approches complémentaires, de modélisation et de mesures écophysiologiques. Dans le premier chapitre, je décris un simulateur de croissance forestière individu-centré et spatialement-explicite, TROLL, qui intègre les progrès récents en physiologie des plantes. Les processus sont paramétrés à l'aide de traits fonctionnels espèce-spécifiques, pour une forêt tropicale amazonienne. Une régénération forestière est simulée, et validée par des observations faites en Guyane française. La sensibilité du modèle à plusieurs paramètres globaux clés est évaluée. Enfin, l'influence de la variation de la richesse et composition spécifiques sur les propriétés écosystémiques est explorée. La réponse des forêts tropicales à la sécheresse est mal connue, empêchant la représentation pertinente des processus en jeu dans les modèles de végétation. Les chapitres 2 à 5 de cette thèse ont ainsi pour but de documenter la tolérance à la sécheresse et sa diversité dans une forêt amazonienne. Une méthode récente et rapide de détermination d'un trait de tolérance des feuilles à la sécheresse, le potentiel hydrique des feuilles au point de perte de turgescence (ptlp), est validée et utilisée, permettant de quantifier pour la première fois un tel trait de tolérance à la sécheresse dans une forêt amazonienne à l'échelle de la communauté. Ce jeu de données permet l'exploration des déterminants de la tolérance à la sécheresse des feuilles, à travers les espèces d'arbres, les tailles des individus, les stades de succession, les expositions à la lumière, ainsi que les lianes. La variabilité de ptlp observée suggère une large diversité de réponses à la sécheresse au sein des communautés de plantes amazoniennes. Ceci est confirmé par le suivi direct du flux de sève au cours d'une saison sèche sur divers arbres de canopée. Enfin, je discute les implications de ces résultats pour le développement des futurs modèles de végétation. / A great part of uncertainties in our current understanding and projections of the carbon cycle lies in the vegetation compartment. The problem of biodiversity representation in vegetation models has long been an impediment to a detailed understanding of ecosystem processes. The high biodiversity of tropical forests, their disproportionate role in global biogeochemical cycles, together with their vulnerability to direct and indirect anthropogenic perturbations, amplify the relevance of this research challenge. In particular, the predicted increase in drought intensity and frequency in the tropics may impact forest structure and composition, as already observed in natural and artificial experiments. This thesis explores how new advances in modelling and ecophysiology should help improve our understanding of these processes in the future. In the first chapter, I describe an individual-based and spatially-explicit forest growth simulator, TROLL, that integrates recent advances in plant physiology. Processes are linked to species-specific functional traits parameterized for an Amazonian tropical rainforest. This model is used to simulate a forest regeneration, which is validated against observations in French Guiana. Model sensitivity is assessed for a number of key global parameters. Finally, we test the influence of varying the species richness and composition on ecosystem properties. Tropical forest response to drought is not well understood, and this hampers attempts to model these processes. In chapters 2 to 5 I aimed at documenting drought-tolerance and its diversity in an Amazonian forest. A rapid method of determination of a leaf drought tolerance trait, the leaf water potential at turgor loss point (ptlp), was validated and applied to a range of plant species. We established the first community-wide assessment of drought tolerance in an Amazonian forest. These results inform on the drivers and determinants of leaf drought tolerance, across tree species and lianas, tree size, successional stages, light exposition, and seasons. Variability in ptlp among species indicates the potential for a range of species responses to drought within Amazonian forest communities. This is further confirmed by direct monitoring of whole-plant water use on diverse canopy trees during a marked dry season. Finally, I discuss the implications of these results to increase the dialogue between the vegetation modeling community and ecology, to enhance model's predictive ability, and to inform policy choices.

Les changements climatiques ont un impact certain sur les écosystèmes marins. Un déplacement vers le sud des principaux systèmes de front servant de sites de nourrissage pour de nombreuses espèces de prédateurs supérieurs est susceptible de se produire dans les zones subantarctiques. Les « central place foragers », tels que les pinnipèdes, sont susceptibles de faire face à une augmentation de la distance entre leurs lieux d'alimentation et leurs colonies d'élevage. Nous avons étudié l’impact des changements climatiques sur le succès d’élevage et la dynamique de population des otaries à fourrure (Arctocephalus gazella) des Îles Kerguelen par le biais du développement du modèle individu centré, MarCPFS (Marine Central Place Foragers Simulator) qui montre que la survie du couple femelle-jeune est particulièrement sensible à la répartition des proies (abondance et structure), à la capacité de mémorisation des meilleurs sites de nourrissages trouvés par la femelle pendant la période d'élevage, à la taille des femelles et à la distance qu'il faut parcourir pour trouver la ressource. Les résultats suggèrent qu’au cours des trois prochaines décennies un déplacement vers le sud supérieur à 2km an 1 pourrait compromettre la survie et la durabilité des populations. Un couplage avec un modèle de simulation de la dynamique océanique et de la ressource (SEAPODYM) a permis des projections jusqu’à la fin de ce siècle basées sur le scénarios RCP8.5 du GIEC (2014), confirmant les tendances mises à jour précédemment. Ces travaux montrent que les perspectives de maintien des populations sont pessimistes y compris en envisageant une adaptation de la taille des individus. / Climate change has certain impact on the marine ecosystems. A southward shift in productive frontal systems serving as the main foraging sites for many top predator species is likely to occur in the Subantarctic areas. Central place foragers, as seabirds and pinnipeds, are thus likely to cope with an increase in the distance between foraging locations and their land-based breeding colonies. We studied the impact of climate change on the breeding success and population dynamics of Antarctic fur seals (Arctocephalus gazella) at Kerguelen Islands by means of an individual based model we developped, MarCPFS (Marine Central Place Foragers Simulator) which showed that the survival of the female-pup pair is particularly sensitive to the distribution of preys (abundance and structure), to the memorization abilities of the best resource sites found by the female during the rearing period, to the female size and to the foraging distance which it is necessary to cover at each trip. The results suggest that during the next three decades a southward shift greater than 2 km year-1 could compromise the survival and the sustainability of the populations. A coupling with a model of simulation of the oceanic dynamics and the resource (SEAPODYM) allowed projections till the end of this century based on scenarios RCP8.5 of the IPCC (2014), confirming the trends previously obtained. Globally, these works lead us to conclude with pessimistic perspectives about the sustainability of populations even when considering an evolution through time towards individuals of greater sizes.

L’étude des interactions entre les plantes au sein de couverts hétérogènes pourrait permettre une meilleure utilisation des associations variétales de blé, car nous manquons de connaissances sur la manière dont les complémentarités, synergies et compétitions entre variétés affectent leurs performances dans ces conditions. Notre étude s'est focalisée sur la compréhension de l'impact de la compétition pour la lumière sur l'architecture aérienne du blé, en couplant une analyse expérimentale et une approche par modélisation. Nous avons dans un premier temps, caractérisé la plasticité de l’architecture aérienne en réponse à la modification de la densité de semis, pour 20 génotypes contrastés de blé tendre. Ainsi, nous avons déterminé que le nombre d’axes par plante était le trait le plus plastique pour tous les génotypes. Nous avons ensuite développé un modèle individu-centré représentant le développement du blé du semis à la floraison. Ce modèle est composé de deux parties : une partie descriptive du développement foliaire basée sur un modèle existant (ADEL-blé) et une partie plus mécaniste où nous avons intégré une régulation du tallage par la ressource lumineuse. Cette régulation du tallage se fait selon deux hypothèses simples : (1) la plante arrête d'émettre des talles dès que le Green Area Index (GAI) de son voisinage atteint une valeur seuil et (2) une talle meurt si la quantité de lumière qu'elle intercepte est inférieure à un seuil critique. La dynamique de tallage simulée par le modèle sur une large gamme de densité de semis est proche de la dynamique de tallage observée expérimentalement. Nous avons également caractérisé expérimentalement la plasticité de l’architecture aérienne de huit génotypes de blé en réponse à la compétition dans différentes associations variétales binaires. Ces analyses ont révélé des réponses assez différentes de celles mesurées en culture pure, soulignant la spécificité de certaines interactions entre plantes de génotypes différents. Ces essais ont confirmé que les associations contribuaient généralement à une augmentation de la production, en particulier dans des itinéraires techniques économes en intrants. Nous avons montré que des associations variétales comprenant des génotypes avec des hauteurs différentes permettaient d’avantager fortement le génotype haut sans trop pénaliser le génotype court. Ce travail a permis de développer un formalisme simplifié des processus régulant le tallage, qui va permettre d'explorer et optimiser les complémentarités/compétitions entre variétés dans des peuplements multi-variétaux. A terme le modèle pourra être couplé à des modèles génétiques pour mieux décrire l'impact de l'interaction plate-plante dans la valeur sélective des individus dans des populations hétérogènes. / The understanding of the interactions between plants within heterogeneous crops could allow for a more efficient use of wheat varietal mixtures, as there is a gap of knowledge on the complementarity, synergy and competition that develop among varieties within these systems. Our study is focused on competition for light, and its impact on the above ground architecture of wheat, coupling experimental analysis and model development. We first characterized the plasticity of the aerial architecture in response to different sowing densities, for 20 contrasting genotypes of winter wheat. The number of axes per plant was shown to be the most plastic trait for all genotypes. We developed an individual-based model representing wheat growth, from the sowing to flowering. The model is composed of two parts: a descriptive part of the foliar development based on the ADEL-wheat model and a mechanistic part which accounts for the regulation of tillering by light. Tillering is regulated by two simple hypotheses: (1) tillering stops when a critical value of local Green Area Index (GAI) is reached, (2) a tiller dies if the amount of intercepted light falls below a critical threshold. A realistic tillering dynamics was simulated by our model over a wide range of sowing densities, with a good fit with experimental data. We also experimentally characterized the plasticity of plant architecture for eight wheat genotypes observed in various two-components varietal mixtures. Contrasted plastic responses were observed when compared to those expressed in pure stands, underlining the specificity of certain plant-plant interactions. These experiments confirmed that the cultivar mixtures generally contribute to an overyielding, particularly in low-input agriculture . Finally, our results revealed that variety mixtures including genotypes with different heights may provide an advantage to the taller genotype with limited tradeoff on the short genotype. This work contributed to the development of a simplified formalism for tillering process, allowing to explore and optimize complementarities / competitions between plants within variety mixtures. Ultimately, the model could be coupled with a genetic model, in order to better describe the impact of plant-to-plant interactions in the selective value of individuals in heterogeneous populations.

L'objectif de cette thèse était d'anticiper les effets de l'Obligation de Débarquement (OD) mise en place en UE depuis début 2015 en Manche Orientale (MO). Pour accomplir ces objectifs, il a été prévu de : i) mieux comprendre la distribution spatiale saisonnière d'espèces commerciales à l'aide d'observations embarquées sur des navires commerciaux, ii) les comparer avec la distribution de l'effort de pêche à fine échelle des chalutiers de fonds (OTB), et iii) développer un modèle individu-centré de dynamique des flotilles, DSVM, à intégrer avec le modèle écosystémique OSMOSE pour simuler l'OD. L'utilité des données d'observations embarquées a été prouvée pour une majeure partie des espèces échantillonnées, en utilisant une validation par la bibliographie et un indicateur géostatique. Ensuite la comparaison de l'effort de pêche à fine échelle a fourni une amélioration de la quantification de l'effort de pêche effectif et mis en valeur l'importance de la seiche et du rouget barbet pour la distribution des OTB en MO. De plus, l'intensité de ciblage des OTB a été quantifiée en octobre à l'aide d'un nouvel indicateur, et démontré l'intérêt pour les mêmes espèces, mais aussi la contrainte d'un faible quota de cabillaud pour les pêcheurs. Les résultats du couplage OSMOSE-DSVM montrent que k'OD aurait des effets négatifs à court terme pour le revenu des pêcheurs, induits par le déplacement de l'effort de pêche afin d'éviter les dépassements de quota, mais serait profitable à moyen terme. Cependant, l'OD provoquerait une hausse de la pression de prédation produite par le cabillaud et le merlan sur les autres espèces, ce qui n'améliorerait pas l'état global de l'écosystème. / The objective of this thesis was to anticipate the effects if the EU Landing Obligation (LO) implemented since the beginning of 2015 in the Eastern English Channel (EEC). To achieve these objectives, it was planned to : i) better understand seasonal spatial distribution of commercial species using on-board commercial vessels observation data, ii) compare them with the final scale fishing effort distribution of EEC bottom otter trawlers (OTB), and iii) develop an individual-based model of fleet-dynamics, DSVM, to be integrated within the ecosystem model OSMOSE to simulate a LO. The usefulness of on-board observation data was proved for a main part of a species sample, using validation from the literature and a geostatistical indicator. Then the comparison of fine scale fishing effort provided an improvement of the quantification of effective fishing effort and emphasized the importance of cuttlefish and red mullet for the global distribution of EEC OTB. In addition, the targeting intensity of OTB was quantified in October using a newly-developed indicator, and demonstrated the attractiveness of the same species, but also the constraint of low cod quota for fishers. Results of the OSMOSE-DSVM coupling show that the LO would have short-term negative effects on fishers' revenue, induced by a large reallocation of their fishing effort to avoid quota over-shooting, but would be profitable in the medium-term. However, the LO would induce an increase of the predatory pressure operated by cod and withing on the other species, which would not improve the overall ecosystem health.

Les communautés végétales constituent des systèmes complexes au sein desquels de nombreuses espèces, pouvant présenter une large variété de traits fonctionnels, interagissent entre elles et avec leur environnement. En raison de la quantité et de la diversité de ces interactions les mécanismes qui gouvernent les dynamiques des ces communautés sont encore mal connus. Les approches basées sur la modélisation permettent de relier de manière mécaniste les processus gouvernant les dynamiques des individus ou des populations aux dynamiques des communautés qu'ils forment. L'objectif de cette thèse était de développer de telles approches et de les mettre en oeuvre pour étudier les mécanismes sous-jacents aux dynamiques des communautés. Nous avons ainsi développés deux approches de modélisation. La première s'appuie sur un cadre de modélisation stochastique permettant de relier les dynamiques de populations aux dynamiques des communautés en tenant compte des interactions intra- et interspécifiques et de l'impact des variations environnementale et démographique. Cette approche peut-être aisément appliquée à des systèmes réels et permet de caractériser les populations végétales à l'aide d'un petit nombre de paramètres démographiques. Cependant nos travaux suggèrent qu'il n'existe pas de relation simple entre ces paramètres et les traits fonctionnels des espèces, qui gouvernent pourtant leur réponse aux facteurs externes. La seconde approche a été développée pour dépasser cette limite et s'appuie sur le modèle individu-centré Nemossos qui représente de manière explicite le lien entre le fonctionnement des individus et les dynamiques de la communauté qu'ils forment. Afin d'assurer un grand potentiel d'application à Nemossos, nous avons apportés une grande attention au compromis entre réalisme et coût de paramétrisation. Nemossos a ainsi pu être entièrement paramétré à partir de valeur de traits issues de la littérature , son réalisme a été démontré, et il a été utilisé pour mener des expériences de simulations numériques sur l'importance de la variabilité temporelle des conditions environnementales pour la coexistence d'espèces fonctionnellement différentes. La complémentarité des deux approches nous a permis de proposer des éléments de réponse à divers questions fondamentales de l'écologie des communautés incluant le rôle de la compétition dans les dynamiques des communautés, l'effet du filtrage environnementale sur leur composition fonctionnel ou encore les mécanismes favorisant la coexistence des espèces végétales. Ici ces approches ont été utilisées séparément mais leur couplage peut offrir des perspectives intéressantes telles que l'étude du lien entre le fonctionnement des plantes et les dynamiques des populations. Par ailleurs chacune des approches peut être utilisée dans une grande variété d'expériences de simulation susceptible d'améliorer notre compréhension des mécanismes gouvernant les communautés végétales. / Plant communities are complex systems in which multiple species differing by their functional attributes interact with their environment and with each other. Because of the number and the diversity of these interactions the mechanisms that drive the dynamics of theses communities are still poorly understood. Modelling approaches enable to link in a mechanistic fashion the process driving individual plant or population dynamics to the resulting community dynamics. This PhD thesis aims at developing such approaches and to use them to investigate the mechanisms underlying community dynamics. We therefore developed two modelling approaches. The first one is based on a stochastic modelling framework allowing to link the population dynamics to the community dynamics whilst taking account of intra- and interspecific interactions as well as environmental and demographic variations. This approach is easily applicable to real systems and enables to describe the properties of plant population through a small number of demographic parameters. However our work suggests that there is no simple relationship between these parameters and plant functional traits, while they are known to drive their response to extrinsic factors. The second approach has been developed to overcome this limitation and rely on the individual-based model Nemossos that explicitly describes the link between plant functioning and community dynamics. In order to ensure that Nemossos has a large application potential, a strong emphasis has been placed on the tradeoff between realism and parametrization cost. Nemossos has then been successfully parameterized from trait values found in the literature, its realism has been demonstrated and it has been used to investigate the importance of temporal environmental variability for the coexistence of functionally differing species. The complementarity of the two approaches allows us to explore various fundamental questions of community ecology including the impact of competitive interactions on community dynamics, the effect of environmental filtering on their functional composition, or the mechanisms favoring the coexistence of plant species. In this work, the two approaches have been used separately but their coupling might offer interesting perspectives such as the investigation of the relationships between plant functioning and population dynamics. Moreover each of the approaches might be used to run various simulation experiments likely to improve our understanding of mechanisms underlying community dynamics.