Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

La fragmentation des habitats ainsi que la réduction de leur disponibilité sont des menaces importantes pour les écosystèmes, notamment aquatiques. La disponibilité et la qualité des sites de fraie du saumon Atlantique peut donc être limitante dans certaines rivières. Après la migration en rivière, les femelles saumon vont chercher à s'établir dans un des sites de fraie disponibles. La distribution spatiale des femelles va alors influer sur la distribution spatiale des mâles reproducteurs qui vont chercher soit à monopoliser plusieurs femelles (pour les mâles dominants), soit à les approcher en adoptant un comportement "furtif" (pour les mâles satellites). L'accès des mâles aux femelles va donc dépendre de la distribution spatiale des femelles et des déplacements des mâles dans la rivière. La distribution des femelles va également jouer sur la distribution spatiale des juvéniles, les concentrant à certains endroits. Cette concentration peut augmenter la mortalité densité-dépendante qui modifie la dynamique de la population. Cette thèse avait pour but d'évaluer comment l'utilisation de l'espace des potentiels reproducteurs, c'est à dire les individus matures, influence la dynamique de la population et la sélection sexuelle.Des séries temporelles de stock (oeufs déposés) et de recrutement (juvéniles) pour la population de saumon de la Nivelle ont été associées à des mesures de l'agrégation spatiale des nids creusés par les femelles. L'effet des déplacements et de la distribution des reproducteurs sur leur participation à la reproduction a notamment été testé via la reconstruction du réseau d'interactions sexuelles dans la Nivelle.J'ai ainsi démontré que l'agrégation spatiale des nids influa sur la variabilité du recrutement mais pas sur le recrutement moyen. Cette agrégation qui résulte de l'agrégation des femelles a également été liée au nombre de reproducteurs ayant engendrés des juvéniles. Le réseau d'interactions sexuelles a permis de mettre en évidence une structure sociale locale au sein de la population. Cette structure et les compétiteurs présents pouvaient par exemple diminuer le succès reproducteur des mâles. Notamment, les tacons matures qui participent à la reproduction avant de migrer en mer renforçaient la compétition sexuelle dont les mâles dominants faisaient l'objet. Enfin, ces mêmes tacons matures adoptèrent des comportements spatiaux du fait de leur statut de maturité avec des individus bougeant peu et des individus se déplaçant vers l'amont. Ces comportements spatiaux influaient leur participation à la reproduction, l'étendue des domaines de vie et les déplacements vers l'amont augmentaient la probabilité de rencontrer une femelle.Mes résultats m'ont permis de mettre en évidence l'effet de l'utilisation de l'espace des potentiels reproducteurs sur la dynamique de la population et sur la sélection sexuelle. Ainsi, en combinant différentes échelles spatiales et temporelles il a été montré que l'agrégation des femelles pouvait être bénéfique pour la dynamique de la population. Il semble que les femelles tendent à s'agréger d'abord sur les meilleurs sites de fraie avec une plus forte stabilité environnementale. Cette distribution des femelles affecta la capacité des mâles à monopoliser plusieurs femelles, une agrégation modérée permettant une monopolisation. La participation des mâles furtifs anadromes ou tacons matures était également dépendante de l'agrégation des femelles. Il apparait que la disponibilité d'habitats adéquats pour la reproduction semble limitante dans la Nivelle et notamment du fait de la présence de barrages. Ce manque semble affecter le système d'appariement de la population et la sélection sexuelle y opérant. Des mesures visant à améliorer la qualité des sites de fraie déjà disponibles ainsi que leur accessibilité pourraient être envisagées. / Habitat fragmentation and reduction in the availability of suitable habitats are significant threats to ecosystems in particularly for freshwater ones. For instance, accessibility, availability, and quality of breeding sites of Atlantic salmon, \textit{Salmo salar}, can be restricting in some rivers due to human activities and dams. Such threats may affect distribution of potential breeders because after their up-river migration, salmon females distribute within available breeding sites. Spatial distribution of females determines the spatial distribution of breeder males. Dominant males try to monopolise several females, whereas subordinate males adopt a sneaky behaviour. Access to females by males depends on the spatial distribution of females and on males' displacements within a river. The spatial distribution of females generates the spatial distribution of juveniles, aggregating them at some breeding sites. The latter aggregation of juveniles may raise the density-dependent mortality with potential consequences on population dynamics. The thesis aims to assess how space use of potential breeders, namely mature individuals able to spawn or fertilise eggs, influence population dynamics and sexual selection.I combined different approaches and different temporal and spatial scales to potential effects of space use of potential breeders. Time series of stock (deposited eggs) and of recruitment (juveniles) for the salmon population of the Nivelle River were combined with measures of spatial aggregation of nests. The effects of displacements and spatial distribution of potential breeders on their participation in reproduction were tested through inferring the sexual network of the population.I found that spatial aggregation of nests improved the recruitment variability but did not affect the average recruitment. The spatial aggregation of nests resulting from female aggregation was also linked to the number of effective breeders through a U-shaped curve. Such relationships suggested mate monopolization dependent on the spatial aggregation of females. The negative effect of the spatial isolation of females on their number of mates also suggest such mate monopolization. Then, the inferred sexual network enabled me to highlight a local social structure within the population. The latter structure and social competitors impacted the reproductive success of anadromous males. The participation of mature parr was one of the factors diminishing the sexual competition faced by anadromous males. Finally, mature parr were more mobile and moved more upstream than immature parr. Spatial behaviours of mature parr were linked to their participation in reproduction, individuals exhibiting wider home ranges had a higher probability to encounter females.Altogether my results show that space use of potential breeders affect both population dynamics and sexual selection. Then, spatial aggregation of females and of their nests can be beneficial for population dynamics as shown by combining different temporal and spatial scales. Females seemed to aggregate within the best breeding sites with a better environmental stability. The spatial distribution of females affected the ability of males to monopolise several females and participation of sneaky males. The availability of suitable good breeding habitats seemed restricting in the Nivelle, potentially due to the presence of impassable upstream dams. The lack of suitable breeding sites seemed impacting the mating system of the population and the sexual selection operating in. Some management actions to improve the quality of breeding sites and their availability could be planned.

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

Les prairies semi-naturelles constituent des espaces multifonctionnels susceptibles de rendre de nombreux services à la société. Ce sont en particulier des agro-écosystèmes favorables à l'expression d'une grande diversité floristique et faunistique. Le pâturage peut constituer un mode de gestion durable de ces espaces adapté à des objectifs de préservation et de restauration de la diversité, pouvant concilier enjeux écologiques et agronomiques. Dans ce contexte, l'objectif de cette thèse est d'arriver à une meilleure compréhension de la réponse des communautés végétales au pâturage et des conséquences fonctionnelles associées en utilisant comme modèle d'étude, trois communautés végétales rencontrées dans les prairies humides du Marais Poitevin. Cet objectif requiert d'étudier le pâturage à la lumière de deux problématiques majeures de l'écologie des communautés : (i) l'étude des règles d'assemblage des communautés et (ii) l'étude du lien entre la structure des communautés et le fonctionnement des écosystèmes. Pour cela, une approche fonctionnelle basée sur les traits des espèces se révèle pertinente. Nous avons montré que le pâturage a un impact positif sur la richesse et la diversité floristiques des trois communautés étudiées. Au sein de chacune de ces communautés, le patron de pâturage hétérogène des herbivores est à l'origine d'une hétérogénéité de la structure de la végétation qui se présente sous la forme d'une mosaïque de types de patchs caractérisés par des compositions floristiques et des abondances relatives des espèces contrastées. L'impact positif du pâturage sur la diversité et la richesse floristiques des communautés résulte à la fois (i) des variations de la composition floristique et des abondances relatives des espèces entre patchs et (ii) de l'impact des herbivores sur la diversité et la richesse spécifiques de la végétation à l'échelle intra-patch. Les variations de la composition floristique observées entre types de patchs sont le résultat des variations de l'importance de différents filtres environnementaux associés au pâturage, notamment du prélèvement de biomasse et de la compétition interspécifique. L'augmentation de l'intensité du pâturage entraîne un remplacement des espèces dominantes caractérisées par une fortes aptitude à la compétition aérienne et une stratégie conservatrice vis à vis des ressources par des espèces dominantes présentant une forte aptitude à l'acquisition des ressources une forte aptitude à la compétition racinaire. L'impact du pâturage sur la diversité à l'échelle intra-patch peut résulter de son impact négatif sur l'intensité de la compétition pour la lumière et de son impact sur l'hétérogénéité environnementale à une échelle fine. Nous avons enfin montré que le patron hétérogène de pâturage avait pour conséquence des variations des processus écosystémiques associés au cycle de l'azote et du carbone. Il existe un lien entre la structure des différents types de patchs générés par les herbivores et ces processus. Il apparaît que les valeurs des traits des espèces dominantes influencent davantage le fonctionnement écosystémique que la diversité de ces traits. Ce travail constitue une étape vers une approche prédictive de l'impact du pâturage sur la structure des communautés et le fonctionnement de l'écosystème pouvant se révéler d'une grande utilité dans l'optique de la gestion des prairies naturelles.

Dans le contexte des invasions, l'objectif de ce travail est d'évaluer dans quelle mesure l'origine des espèces végétales conditionne le fonctionnement d'un écosystème en situation de dominance. Cinq paires d'espèces autochtones dominantes (Agrostis stolonifera, Rubus caesius, Populus nigra, Urtica dioica et Salix alba) et introduites envahissantes (Paspalum distichum, Fallopia japonica, Buddleja davidii, Impatiens glandulifera et Acer negundo) ont été comparées en milieu riverain pour les processus de production primaire et de dégradation des litières. Ces études ont été complétées par une analyse détaillée des conséquences de l'invasion des ripisylves par A. negundo. Nos résultats montrent que si les espèces introduites envahissantes peuvent être plus efficaces dans la réalisation de certains processus écologiques, l'absence de coévolution entre les espèces introduites et les organismes des milieux récepteurs n'a pas d'implication systématique pour le fonctionnement des écosystèmes.

En Afrique de l'Ouest, le moustique An. gambiae s.s vecteur majeur du paludisme est subdivisé en deux formes moléculaires, M et S, génétiquement et écologiquement différenciées. La forme moléculaire M se développe préférentiellement dans des collections d'eau pérennes en zone aride, généralement d'origine anthropique, permettant sa présence tout au long de l'année alors que la forme S se reproduit principalement dans des gîtes temporaires de savane humide dépendant des précipitations et disparaît en saison sèche. Cette subdivision génère des profils de dynamique de transmission palustre différents en fonction des zones où ces formes sont implantées. Dans ce contexte, cette thèse a pour objectif l'étude des facteurs écologiques de différenciation entre M et S, en se focalisant notamment sur leur écologie larvaire, afin de mieux appréhender leur distribution actuelle et future. L'étude de la distribution des populations naturelles de ces vecteurs dans une zone d'endémie palustre au Burkina Faso a permis de mettre en évidence que les niches écologiques de ces deux formes sont en étroite corrélation avec la temporalité des milieux aquatiques et la complexité des écosystèmes qu'ils hébergent. La forme M apparaît clairement liée aux habitats permanents anthropiques et à la structure des communautés qu'ils soutiennent alors que la forme S ainsi que l'espèce jumelle An. arabiensis sont associées aux habitats simples et temporaires, majoritairement retrouvés en zone rurale de savane.Cette distribution des deux formes le long d'un gradient d'hydropériode est en accord avec les interactions dominantes et les adaptations qu'elles induisent afin de pouvoir exploiter ces milieux. La forme S, associée aux milieux temporaires, s'est révélée plus compétitive que la forme M en diminuant son temps de développement larvaire en présence de compétiteurs (forme M). L'étude de la pression de sélection due à la prédation, interaction dominante dans les milieux permanents, démontre que la forme M est moins susceptible que la forme S. L'analyse du comportement larvaire a permis de mettre en évidence des différences entre ces deux formes, notamment l'existence d'un comportement plus plastique chez la forme M qui réduit son activité en présence d'un prédateur. Ce mécanisme est une des adaptations qui a favorisé le succès d'An.gambiae dans les milieux permanents.Notre approche, basée sur l'écologie larvaire des formes M et S d'An. gambiae nous a permis de mieux comprendre les processus par lesquels ces vecteurs ont évolué et se sont adaptés à différents contextes écologiques. Ces adaptations reflètent la spécialisation de ces deux formes dans leur milieu respectif et permettent en partie d'expliquer la ségrégation écologique observée sur le terrain. L'amélioration de nos connaissance sur la bio-écologie de ces vecteurs est primordiale afin d'en apprécier le potentiel évolutif dans le contexte actuel des changements globaux. / In West Africa, the main Malaria vector, the mosquito Anopheles gambiae is actually subdivided into two molecular forms named M and S, which can be genetically and environmentally differentiated. The M form preferentially breeds in permanent freshwater collections mainly resulting from human activity and is reproductively active all year round, whereas the S form thrives in temporary breeding sites and is present during the rainy season only. This subdivision generates different dynamics of Malaria transmission in areas where these forms are found. In this context, this thesis aims to study the ecological factors of differentiation between M and S, focusing on their larval ecology to better understand their current and future distribution.The study of the distribution of natural populations of these vectors in an endemic area in Burkina Faso has provided evidence that the ecological niches of these forms are closely correlated with the degree of temporality and the community complexity of aquatic ecosystems. The M form is clearly linked to permanent anthropogenic habitats and the structures they support, while the S form and its sibling species An. arabiensis are associated with simple and temporary habitats, mostly found in rural savannas.The distribution of the two forms along a hydroperiod gradient is consistent with the dominant interactions and adaptations they induce in order to be able to exploit their environments. In relation to temporary habitat, the S form was more competitive than the M form by reducing its larval development time in the presence of competitor (M form). The study of selection pressure due to predation, dominant interaction in permanent habitat, shows that the M forms suffer lesser predation rate than the S form. Analysis of larval behavior highlighted differences between these two forms, such as the existence of a more plastic behavior in the form M, which reduced its rate of activity in predator presence. This mechanism is one of the adaptations that have facilitated the success of An. gambiae in permanent aquatic habitats.Our approach, based on the larval ecology of M and S forms of An. gambiae has enabled us to better understand the processes by which these vectors have evolved and adapted to different ecological contexts. These adaptations reflect the specialization of these two forms in their respective habitats and can partially explain the ecological segregation observed in the field. Improving our knowledge on bio-ecology of these vectors is essential to appreciate their evolutionary potential in the current context of global change.

Dans certains cas, la colonisation des zones humides par les espèces animales et végétales peut être une menace majeure pour la biodiversité. Il est donc primordial de mieux connaître l'écologie des espèces colonisatrices pour définir leurs relations avec le reste de l'écosystème. Nous avons étudié les conséquences de la colonisation relativement récente des étangs piscicoles français par le cygne tuberculé (Cygnus olor). Nous nous sommes intéressés à l'expression de cette colonisation dans l'espace par l'étude des processus de sélection de l'habitat. Nos résultats montrent que dans un paysage d'étangs, la répartition des cygnes tuberculés dépend à la fois de la configuration spatiale des étangs (aire isolement), des ressources disponibles et du statut de reproduction des cygnes tuberculés. Nous avons ensuite étudié les interactions entre le cygne tuberculé et les communautés animales et végétales des étangs. Sur les sites de cantonnement des couples, nous n'avons pas montré d'effet de la présence des cygnes tuberculés sur l'abondance des oiseaux d'eau, et aucune forme d'exclusion spatiale à l'échelle de l'étang. En revanche, les cygnes tuberculés peuvent générer une déplétion significative des herbiers de macrophytes aquatiques, suggérant des effets en cascade sur les autres communautés des étangs piscicoles. Comme toute perturbation générée par une espèce colonisatrice, celle associée à l'arrivée des cygnes doit néanmoins être replacée dans le contexte plus large des régimes de perturbations à l'oeuvre sur l'écosystème, ce qui importe particulièrement dans le cas d'écosystèmes aussi dépendants de l'activité humaine que les étangs piscicoles. / In some cases, wetland colonization by animals and plants may be a major threat to biodiversity. It is therefore crucial to better understand the ecology of colonizing species to assess their relationships with the other elements of ecosystems. We studied the consequences of the relatively recent colonization of French fishponds by mute swan (Cygnus olor). We especially considered how such colonization now translates into space, through the analysis of habitat selection processes. Our results show that swan distribution within a fishpond landscape depends on fishpond spatial configuration (area isolation), available resources as well as mute swan breeding status. We then analysed the relationships between mute swan and fishpond animal and plant communities. Where swan pair settle, we do not demonstrate any effect of swan presence on the abundance of other waterbirds, nor any spatial exclusion within fishponds. Conversely, mute swans can signif icantly deplete aquatic macrophyte beds, suggesting cascade effects on other fishpond communities are possible. Like any perturbation caused by a colonizing species, that associated with swan arrival however has to be considered in the broader context of perturbation regimes onto the ecosystem. This is especially crucial in ecosystems like fishponds, that are so much dependent upon human activity.

Cette thèse visait à caractériser et à modéliser la dynamique des trois ressources principales que sont l'eau, l'azote et le rayonnement dans une association en relais maïs-plante de couverture en semis direct en région tropicale subhumide et ses conséquences sur la productivité de la culture principale et de l'ensemble du système et sur les flux d'eau et d'azote dans le sol. Le travail repose sur un dispositif expérimental mis en place dans les Cerrados, à Unaí (Minas Géras, Brésil) en 2007 pour deux années agricoles, d'une part en station expérimentale permettant un effort de mesure intense et d'autre part dans un réseau de parcelles d'agriculteurs offrant une large gamme de situations pédoclimatiques et de modalités de mise en œuvre des systèmes de culture étudiés. Dans ces derniers, la culture principale était un maïs, et la plante de couverture associée en relais était une culture fourragère tropicale, soit la légumineuse, Cajanus cajan soit la poacée, Brachiaria ruziziensis. Deux dates de semis, précoce et tardive étaient considérées pour le semis de la plante de couverture au sein du maïs, dans le cas de l'essai en station. Ce travail montre que rendement du maïs n'a pas été significativement affecté par la présence de la plante de couverture semée précocement au sein du maïs, en comparaison avec le rendement du maïs en culture pure. En revanche, la production en biomasse de la plante de couverture a été significativement réduite dans l'association. Le semis précoce de la plante de couverture au sein du maïs permet une production en biomasse significativement plus importante qu'un semis tardif (20 jours après floraison du maïs), et une production totale en biomasse de l'ensemble de l'association significativement plus importante par rapport aux cultures pures. Cette production totale a été plus du double comparée à celle de la culture pure de maïs dans le cas de l'association maïs-Cajanus. Les valeurs du Land Equivalent Ratio (LER) du rendement en grain de maïs et de la production de biomasse ont été supérieures à 1, atteignant jusqu'à 2.03 témoignant d'une meilleure valorisation des ressources par les espèces associées et l'avantage de tels systèmes pour produire à la fois du grain et du fourrage. La thèse montre aussi la forte variabilité du potentiel de production de ces systèmes en parcelles de producteurs et suggère que lorsque les ressources en eau et en azote sont moins disponibles que dans l'essai de station, des compétitions entre maïs et plantes de couverture peuvent réduire les performances agronomiques du maïs et/ou de la plante de couverture comparativement par rapport à la culture pure équivalente. La biomasse totale produite reste cependant supérieure à celle de la culture pure de maïs, sauf pour de rares exceptions où de plus faibles disponibilités en ressources, parfois accentué par des difficultés de gestion technique, le maïs semble souffrir de compétition plus forte et/ou la plante de couverture ne produit que très peu de biomasse. La thèse évalue la capacité d'un modèle de simulation de culture associées, STICS-CA, à fournir une analyse plus fine de la dynamique du partage des ressources dans ces systèmes et à en estimer les performances agronomiques et certains impacts environnementaux en fonction de conditions techniques et édapho-climatiques différentes de celles de notre dispositif. Des modifications mineures et le calage du modèle ont conduit à une simulation satisfaisante des cultures pures de maïs et Brachiaria et de l'association maïs-Brachiaria en semis direct sur mulch pailleux. En revanche il n'a pas été possible d'obtenir une simulation satisfaisante du maïs en semis conventionnel sur sol labouré, ni du Cajanus en culture pure et de l'association maïs-Cajanus en semis direct. . La thèse fournit des informations sur les imperfections du modèle et propose des améliorations aussi bien en termes de formalismes pour la prise en compte de la minéralisation du mulch, qu'en termes de dispo exp / This thesis dealt with characterizing and modeling the dynamics of the three principal resources which are water, nitrogen and radiation in a no-tillage relay intercropping maize-cover crop systems, under sub-humid tropical area climate. Moreover, productivity of the main crop and of the whole system and nitrogen and water flows in the soil are assessed.The study was based on an on-field approach/experimental design carried out during two crop growing seasons in Cerrados region, in Unaí (Minas Géras, Brazil) since 2007. Firstly, an experimental station was used allowing an intense effort of measurement and secondly, a whole of several farmer's fields offering a wide range of soil and climate conditions and modalities of implementation of the studied cropping systems. In the latter, main crop was maize, and intercropped cover crop was a tropical fodder crop, either leguminous, Cajanus cajan or gramineous, Brachiaria ruziziensis. Two dates of sowing, early and late were considered for the sowing of the cover crop in established maize, in the case of the experimental station. This study showed that maize yield was not significantly affected by the presence of the relay cover crops in comparison with maize as the sole crop, even when the cover crop was sown soon after maize emergence in comparison with maize sole crop. In contrast, the production of biomass by the cover crop was significantly lower when grown with maize than when it was grown as a sole crop. In the intercropped systems, when sown early, the cover crop produced higher total biomass than when sown late (20 days after maize flowering). Moreover, total aboveground biomass production of maize intercropped with a cover crop was much higher than that of any of the crops sown alone. Total biomass produced by maize and pigeon pea (Cajanus cajan) was more than double that maize grown alone. The Land Equivalent Ratio (LER) values of both maize grain yield and biomass production were higher than one, whatever the intercrop system, reaching up to 2.03 providing better available resources use efficiency by the intercropped plants. Thus, such systems permit to produce both maize grains and forage.The thesis shows also the strong variability of the production potential of these systems in farmer's fields and suggests that when water and nitrogen resources are less available than in the experimental station, competitions between maize and cover crops can reduce the agronomic performances of maize and/or the cover crop when compared to the equivalent pure sole crop. Total biomass produced by intercropping remained however higher than that of maize sole crop, except for rare exceptions where lower resources availability, sometimes accentuated by difficulties of technical practice, maize seems to suffer from stronger competition and/or the cover crop produced only very little biomass. The thesis evaluates the capacity of the STICS intercrop model, STICS-CA, to provide a finer analysis of the dynamics of the resource sharing in these systems and to estimate their agronomic performances and certain environmental impacts according to technical practices and soil and climate conditions that were different from those of our experimental station. Minor modifications and model calibration led to obtain satisfying simulations of the sole crops maize and Brachiaria and intercrop maize-Brachiaria in no-tillage under mulch. On the other hand, it was not possible to obtain satisfying simulations of sole crop maize in conventional tillage, nor of sole crop pigeon pea and intercrop maize-pigeon pea in no-tillage under mulch. The thesis provides information on the model imperfections and as well proposes improvements in terms of formalisms to take into account the mineralization of the mulch, as in terms of experimental design.

Thèse numérisée par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.