Les écosystèmes herbacés méditerranéens, caractérisés par une importante biodiversité, ont subi de considérables changements d‟usage. Désormais, leur conservation est devenue insuffisante au regard de l‟augmentation des dommages causés par les activités humaines. La restauration écologique apparaît donc comme un outil approprié pour participer à leur préservation. Des recherches préalables sur les différents compartiments de l‟écosystème ainsi que sur les facteurs responsables de l‟assemblage de leurs communautés avant et après dégradations sont donc nécessaires afin de mettre en place des méthodes de restauration adaptées à ces écosystèmes. Ainsi, en utilisant comme modèle biologique les Coussouls de Crau et leurs friches post-culturales (Bouches-du-Rhône, France), représentatif de nombreux écosystèmes steppiques méditerranéens, nous avons choisi de déterminer et d‟étudier les principaux filtres potentiellement responsables de l‟organisation de cette communauté végétale. Le pâturage ovin, les changements trophiques du sol, les phénomènes de compétition et la capacité de reproduction et/ou de dispersion des espèces, identifiés lors d‟une première étude sur la régénération de la steppe, ont ainsi été étudiés dans trois expérimentations différentes. Deux protocoles de restauration écologique in situ (transfert de foins et semis d‟espèces structurantes) et un protocole d‟expérimentation ex-situ testant les interactions d‟une sélection d‟espèces de la steppe ont permis de réaliser ces recherches. Nos principaux résultats montrent que les filtres de reproduction/dispersion, le niveau trophique du sol, la compétition et le régime de perturbations récurrentes lié au pâturage ovin ont un rôle déterminant dans les changements de la composition et de la structure de la communauté et ils expliquent ainsi en partie le ralentissement de sa dynamique successionnelle vers la steppe de référence. Nous avons également pu démontrer que ces filtres interagissaient entre eux. Au niveau de la recherche appliquée, les protocoles testés favorisent le retour de la végétation steppique, néanmoins la composition des parcelles restaurées reste toujours très différente de l‟écosystème de référence à très court terme (deux à trois années après la restauration). Cela démontre que même si nous comprenons mieux aujourd‟hui les facteurs expliquant l‟organisation de cette communauté, il est cependant toujours difficile de la restaurer dans son intégralité car il n‟est pas aisé de manipuler et de trouver un équilibre entre l‟action de ces différents facteurs. Il est donc désormais plus que nécessaire de poursuivre ces recherches fondamentales et appliquées notamment au niveau des processus de maturation et de structuration des vieilles communautés végétales herbacées. / Mediterranean herbaceous ecosystems which are characterized by a high biodiversity have been submitted to a lot of changes in use. Their conservation is not sufficient enough and ecological restoration seems to be an adapted solution to improve conservation efforts as it can mitigate damages induced by human activities. To develop restoration methods adapted to these ecosystems, preliminary researches on the different communities composing an ecosystem and the filters which are responsible for community assemblage before and after disturbance are necessary. Representative of numerous Mediterranean steppe ecosystems, the “Coussouls de Crau” and their ex-arable-fields (Bouches-du-Rhône, France) are the biological models used to identify and study the principal filters potentially responsible for organizing the plant communities. Sheep grazing, trophic changes, competition and reproduction and /or species dispersal, were identified in a first study on steppe regeneration; these filters were then the core of the following three research experiments. We carried out two in-situ restoration protocols (hay transfer and sowing foundation species) and one ex-situ experiment testing interactions between a selection of steppe species. The main results show that reproduction, seed dispersal, soil trophic level, competition, extensive sheep grazing are filters which have a determinant role in structuring the communities, in determining plant composition and partly in explaining the slow dynamics towards the reference steppe. Also, we show that filters interact between them. For applied restoration, the tested methods promote steppe vegetation come back, but in the short term (two or three years after restoration), the composition of restored areas remains different to the reference ecosystem. Even if we understand better the different factors which explain community organization, these results demonstrate that it is difficult to restore it integrally because it is not easy to manipulate and find an equilibrium between the different filters actions. Now it is necessary to continue these fundamental and applied researches, in particular on the maturation and structure of the old herbaceous plant communities.

La lentille (Lens culinaris Med.) est une composante importante des régimes alimentaires de nombreuses populations à travers le monde mais sa consommation en Europe est relativement faible. L’Europe produit seulement 26% de sa consommation de lentille et ce déficit est en partie causé par d’importants verrous agronomiques comme la verse, les bruches et la compétition des adventices qui réduisent ses rendements, notamment en agriculture biologique. Les associations de cultures, définies comme la culture simultanée d’au moins deux espèces différentes sur une même surface pendant une durée significative, sont considérées comme une option pour lever ces verrous agronomiques et ainsi développer la production de lentille en agriculture biologique. Les objectifs de cette thèse étaient de (1) évaluer le potentiel des associations de lentille et de blé de printemps pour produire de la lentille en conditions d’agriculture biologique et (2) comprendre les principaux mécanismes sous-jacents à la performance des associations. Des essais agronomiques ont été mis en place en 2015 et 2016 en conditions d’agriculture biologique. Quatre variétés de lentille et de blé de printemps ont été conduites en culture pures et en plusieurs associations de type substitutif et additif. Nos résultats montrent que le rendement moyen des associations avant récolte mécanique était plus élevé que le rendement moyen des cultures pures. Néanmoins, le rendement de lentille en association était inférieur à celui de la lentille en culture pure en raison d’une compétition forte et précoce du blé pour les ressources qui a causé la diminution nombre de ramifications par plante de la lentille. Le prix de la lentille étant environ quatre fois plus élevé que celui du blé, la marge brute des associations avant récolte était inférieure à celle de la lentille en culture pure. Cependant, la verse de la lentille a été fortement réduite en association, entrainant une augmentation de l’efficacité de sa récolte mécanique. En conséquence les rendements de lentille issus de la récolte mécanique se sont avérés similaires en association et en culture pure. Enfin, après tri et nettoyage des graines, la marge brute des associations sur le rendement commercialisable était supérieure à celle des cultures pures. Nos résultats montrent que (1) les associations n’ont pas eu d’effet sur le taux de bruchage des lentilles, (2) l’association la plus performante est constituée de lentille à densité équivalente à la culture pure dans laquelle on ajoute 15-20% de blé, (3) la performance des associations est due à une utilisation complémentaire de l’azote rendue possible par la fixation symbiotique de l’azote par la lentille et (4) l’intensité des compétitions entre espèces dépendent de l’année, de la densité de blé et des génotypes. En conclusion, nos travaux indiquent que les associations de lentille et de blé de printemps peuvent permettre de développer la production de lentille en agriculture biologique mais qu’une meilleure compréhension des interactions de type génotype x environnement x conduite pourrait permettre de mettre au point des couverts encore plus performants. / Lentil (Lens culinaris Med.) is an important component of the human diet in the world, but in the meantime, Europe produces only 26% of the lentils it consumes. This is partly due to strong agronomic weaknesses that reduce yield such as lodging, bruchid beetles and weeds, especially in organic farming. Intercropping, the simultaneous growing of two or more species in the same field is tested here as an option to reduce these drawbacks and develop organic lentil production. The aims of this thesis were to (1) assess the potential of lentil-spring wheat intercrops to produce organic lentil, (2) understand the mechanisms that explain their performances, and (3) evaluate the profitability of such intercrops. A two-year field experiment was carried out in southwestern France in 2015 and 2016 under organic farming rules. Four lentil and two wheat cultivars were grown as sole crops and intercrops in multiple additive and substitutive designs. Our results showed that the total intercrop attainable grain yield was higher than the mean of sole crops. Yet, lentil yield in intercrop was lower than in sole crop as the result of a strong competition for resources from wheat in early lentil growth stages reducing the number of branches per plant of lentil. This led to lower gross margins of intercrops. However, lentil lodging was strongly reduced in intercrops thus its mechanical harvest efficiency increased. This led to similar mechanically harvested yields of lentil in intercrop and sole crop. Consequently, after mechanical harvest and grain cleaning, the marketable gross margin of intercrops was higher than that of sole crops. Our results suggest that (1) intercrop had no effect on bruchids, (2) the most effective intercrop is when lentil is at sole crop density and wheat at 15-20%, (3) intercrop performance is due to complementary use of N pools through legume N2 fixation and (4) the intensity of interspecific interactions depends on year, wheat density and genotypes. Our work indicates that lentil-spring wheat intercrop can develop organic lentil production but a better understanding of Genotype x Environment x Cropping system interactions may be useful to design optimized managements.

Les associations d'espèces sont définies comme la culture simultanée d'au moins deux espèces sur la même parcelle pendant une période significative de leur croissance. Ce système permettrait d'améliorer l'utilisation des ressources du milieu (eau, azote, lumière…) et ainsi d'augmenter le rendement et la qualité des grains par rapport aux cultures monospécifiques. L'objectif de notre travail était d'analyser le fonctionnement et d'évaluer la performance des associations blé dur - pois d'hiver et blé dur - féverole d'hiver pour aider à la conception d'itinéraires techniques adaptés à différents objectifs de production. Pour cela nous avons testé, au cours de trois années d'expérimentations, différentes combinaisons de variétés de blé dur, disponibilités en azote, structures de couverts et densités de plantes. Nos résultats ont confirmé l'intérêt de ces systèmes pour améliorer le rendement et la teneur en protéines du blé dur comparativement aux cultures monospécifiques mais également pour la réduction des ravageurs, maladies et de l'enherbement dans certaines conditions. Ces systèmes sont ainsi particulièrement bien adaptés aux situations à faible disponibilité en azote en raison de la complémentarité entre céréale et légumineuse pour l'utilisation de l'azote (minéral du sol et fixation symbiotique) mais aussi pour la captation de l'énergie lumineuse. In fine, ce travail a permis de proposer des prototypes d'itinéraires techniques d'associations adaptés à différents objectifs de production, grâce notamment à l'analyse dynamique des compétitions et complémentarités entre espèces au sein du couvert et en particulier de l'élaboration du rendement du blé dur en association. / Intercropping is the simultaneous growing of two or more species in the same field for a significant period. Such systems are known to use available resources (water, light, nitrogen…) more efficiently than their corresponding sole crops and consequently to increase yield and grain protein concentration particularly in low N input systems. The aim of our work was to analyse the functioning of durum wheat - winter pea and durum wheat - winter faba bean intercrops. A 3-year field experiment was carried out with different fertilizer-N levels, wheat cultivars and plant densities. The intercrop efficiency was studied in order to further design low inputs cropping systems for specific objectives. Our results confirm that intercropping is more suited to low-N-input systems because it takes advantage of complementary N sources (soil mineral N and N2 fixation) and light use between species of the intercrop. Thus, intercrops were more efficient than sole crops for yield, they increased durum wheat grain protein concentration and in certain cases reduced weeds, pests and diseases. Finally, our work indicates that intercrops can be optimized for specific objectives by the choice of crop species, cultivars, N fertilization and plant densities in order to maximize resource capture and minimize competition. Indeed, intercrop efficiency is determined by the complementary resource use between the two species as well as the relative strength of the intra- and interspecific dynamic competitive interactions.