L'évaluation écologique des cours d'eau ne prend pas en compte les différents processus qui y sont réalisés, faute d'indicateur disponibles. L'objectif de cette thèse a été de documenter l'utilisation de la décomposition des litières végétales d'origine terrestre comme indicateur de l'intégrité fonctionnelle des rivières de plaine et de piedmont suivies par l'Agence de l'Eau Adour-Garonne. Partie 1. Sur une douzaine de sites suivis pour la pollution par les pesticides, le taux de décomposition est divisé par deux entre le site le moins et le plus contaminé, entrainant le passage d'une décomposition co-assurée par les invertébrés et les microorganismes dans les sites les moins contaminés à un processus réalisé seulement par les microorganismes dans les sites les plus contaminés, compromettant le processus dans les rivières les plus contaminées. Cette altération est observée à des concentrations en pesticides pourtant inférieures aux seuils fixés par l'Union Européenne. Partie 2. Sur 58 sites qui maximisent l'amplitude des classes de qualité écologiques, l'absence de corrélation observée entre les indices biologiques basés sur les invertébrés (IBGN, I2M2) et les diatomées (IBD) et le processus de décomposition suggère que les perturbations, selon leur nature et/ou leur intensité, altèrent différentiellement la composition des communautés et les activité de transformation de la matière organique. Partie 3. Une grille d'évaluation de la qualité fonctionnelle des rivières croisant deux variables, ktotal et le ratio kinvertébré/kmicrobien est proposée à partir de 84 sites de suivi et de sites de référence tirés de la bibliographie. Cette grille montre qu'à l'échelle régionale, le processus de décomposition est plus affecté dans sa composante liée à l'activité des invertébrés qu'à celle liée aux microorganismes. En suivant les critères d'évaluation de la Directive Cadre sur l'Eau, cette grille d'évaluation met en évidence que seulement 28 % des sites étudiés atteindrait un bon état fonctionnel. Cette thèse a permit de documenter la réflexion menée sur le développement d'indicateurs fonctionnels et plaide pour l'inclusion de la décomposition des litières végétales dans l'évaluation évaluation écologique par une approche croisée, telle que formalisée par un graphique structure x fonction à double entrée. / The aim of this thesis was to document, at regional scale (SW France), the application of litter decomposition and associated metrics as a proxy of functional integrity of stream ecosystems. The Introduction exposed the underlying arguments, mainly relying on (1) the importance of this ecosystem process, which provides most carbon sources to the aquatic food web, and (2) the need to complement the structural metrics routinely used in biomonitoring schemes by a functional component. Chapter I dealt with the capacity, by using litter decomposition, to discriminate the effects of pesticides from other stressors in 12 agricultural streams selected along a contamination gradient. The decomposition rate was twice as low in the most contaminated site compared with the less contaminated one, and the relationship was monotonous along the gradient. Only the activity of invertebrate decomposers was affected, translating into the switch from a decomposition co-dominated by invertebrates and microorganisms in the less contaminated sites to a process only achieved by microorganisms in the most contaminated ones. Taxonomic richness and density of invertebrate decomposers together with a specific indicator based on invertebrate traits followed the same trends as the invertebrate-driven decomposition rate, kinvertebrate, while fungal biomass, sporulation rate and taxonomic richness remained unaffected. Consequently, the presence of pesticides compromised leaf breakdown, as microbial decomposers did not compensate for the invertebrate decomposers decline. This occurred while pesticides concentrations even in the most contaminated stream were under the European Union's Uniform Principles thresholds for targeted species. This study showed that litter breakdown, particularly the ratio of total to microbial-driven breakdown rate, is a pertinent proxy to assess the functional integrity of pesticide-contaminated streams. Chapter II compared the biological evaluation, as routinely undertaken in monitoring schemes from structural indicators based on invertebrates (IBGN and I2M2) and diatoms (BDI), with the functional indication based on litter decomposition. No correlation was found between structural and functional indicators on 58 streams, whereas the 3 structural indicators were strongly correlated each other. Redundancy analysis showed a negative relationship between ktotal or kinvertebrate and the proportion of cultures in the riparian corridor, while kmicrobial responded to the same environmental parameters (substratum coarseness, temperature) as structural indicators. The lack of correlation between invertebrate-based structural metrics and kinvertebrate suggested that disturbances, depending on their nature and/or intensity, differentially impair community composition and community activity in organic matter processing. In the view of proposing functional metrics, Chapter III concerned the distribution patterns of decomposition parameters on our study sites together with reference sites from the literature. Strong links were detected between decomposers community, decomposition rate and environmental settings, as exemplified by positive correlations between ktotal or kinvertebrate and detritivores abundance, kmicrobial and fungal biomass or sporulation rate, and the ratios ktotal/kmicrobial or kinvertebrate/kmicrobial and the abundance of decomposers. We propose a rating grid of stream ecosystem functional quality crossing two entries, ktotal and kinvertebrate/kmicrobial. At the regional scale, this grid shows that litter decomposition is more affected in its invertebrate component than in the microbial one. The Discussion exposes the main results in context and opens to perspectives, particularly about the question of reference sites. In conclusion, our results strongly argue for a crossed evaluation of ecological quality of running waters, as formalized by a chart with structure × fonction double entry.

Cette thèse propose une méthode pour l'analyse de problèmes relevant des systèmes complexes physiques ouverts avec des systèmes multi-agents physiques. Cette méthode que nous appelons DIAMOND (Decentralized Iterative Approach for Multiagent Open Networks Design) agence quatre phases en un cycle de vie en spirale. Elle propose d'utiliser, pour le recueil des besoins, des notations d'UML mais elle structure le fonctionnement global du système via une étude de modes de marche et d'arrêt. Elle utilise le raffinement notamment entre le niveau local et le niveau global du système et assemble les comportements individuels et les comportements sociaux tout en identifiant les influences de l'un sur l'autre. Elle guide le concepteur durant la phase de conception générique en utilisant les composants comme unité opératoire. En fin de cycle, le partitionnement logiciel/matériel du système intervient et permet la génération du code ou des descriptions matérielles.<br />Il n'était pas suffisant de proposer une méthode : considérer les composants des systèmes complexes physiques comme des noeuds coopérants d'un réseau sans fil est une démarche attrayante qui peut être vue comme la traduction physique extrême de la décentralisation. De fait, des besoins spécifiques en architectures doivent être traités. Pour cela, nous proposons le modèle MWAC (Multi-Wireless-Agent Communication) qui repose sur l'auto-organisation des entités du système.<br />Ces deux contributions sont exploitées au sein de l'application EnvSys qui a pour objectif l'instrumentation d'un réseau hydrographique.

La croissance de la population humaine et l'intensification des activités associées exercent une pression considérable sur les écosystèmes marins côtiers. Afin d’évaluer l’impact des activités humaines sur ces écosystèmes, des efforts considérables ont été consacrés au développement de biomarqueurs. En dépit d'un potentiel pour une large gamme d'applications, les biomarqueurs les plus couramment utilisés ciblent des effets situés à des niveaux organisationnels faibles (molécules, cellules ou tissus) et très peu sont susceptibles d'indiquer des impacts sur des niveaux organisationnels supérieurs (organisme, population, écosystème). Or, ces derniers sont d'une pertinence considérable pour les activités humaines, l'économie et le bien-être. Ils sont en effet le résultat intégratif de l'histoire environnementale d'un organisme et, en même temps, ils reflètent leur vulnérabilité et leur résilience aux changements de leurs conditions de vie. Cette opinion a été corroborée par la révision récente du concept de santé animale qui dorénavant, intègre les effets latents des conditions de vie antérieures, les conséquences des expositions et des expériences passées, ainsi que les conséquences du cumul de ces effets. L’utilisation conjointe des marqueurs de hauts niveaux organisationnels et du concept de santé pourrait donc aider à fournir des informations écologiquement pertinentes grâce à l’utilisation de biomarqueurs. Dans ce contexte, les objectifs de ma thèse étaient 1) de développer une méthodologie pour évaluer la santé des poissons, 2) d'étudier les mécanismes sous-jacents des performances mesurées et 3) de vérifier l’applicabilité de cette approche à de nombreux contextes en s’appuyant sur deux études de cas. Au cours de ces recherches, nous avons démontré que la tolérance à l'hypoxie, la sensibilité à la température et les performances de nage sont des biomarqueurs fiables de la santé des poissons. Leurs réponses sont en effet stables dans le temps, prédictives de la survie des poissons dans leur milieu naturel et sensibles à une exposition à un polluant. De plus, l'application de cette méthodologie à des études de cas a démontré que notre approche est généralisable à différents contextes et qu'elle fournit des informations opérationnelles facilement transférables aux secteurs socio-économiques et au grand public. / Growth of human population and associated intensification of human activities is putting considerable pressure on coastal marine ecosystems. To assess anthropogenic impact on these ecosystems, substantial efforts have been devoted to the development of biomarkers. Despite a potential for a broad application range, most commonly used biomarkers target effects at sub-organismal organizational level (molecules, cells or tissues) and very few are liable to indicate impacts at organism or higher organizational levels. On the other hand, although too far removed from causal events to constitute early warning signals of environmental stress, high-level organizational biomarkers are of considerable relevance to human activities, economy and well-being. They are indeed the integrative result of the environmental history of an organism and, at the same time, reflect their vulnerability and resilience to changes in their living conditions. This view is corroborated by the recent revision of the concept of animal health, which nowadays incorporates the latent effects of past living conditions, the consequences of past exposures and experiences and the cumulative consequences of these effects. The joint use of high organizational levels markers and the concept of health could help overcome the failure of current biomarkers to provide ecologically relevant information. In this context, the objectives of my thesis were 1) to develop a methodology to assess fish health; 2) to investigate the underlying mechanisms and confounding factors of the performances measured and 3) to verify the applicability of our approach through two case studies.Throughout these researches, we demonstrated that hypoxia tolerance, temperature susceptibility and swimming performances are promising biomarkers of fish health. Their responses are stable over time, predictive of fish survival in the field and sensitive to an exposure to dispersant-treated oil. Also, application of this methodology to case studies demonstrated that our approach is generalizable to different contexts and that it provides operational information easily transferable to socio-economic sectors and general public.