Cette étude a été menée afin de mieux comprendre l’influence de l’herbier à Zosteranoltii du Bassin d’Arcachon, herbier affecté par une sévère régression depuis les années2000, sur la dynamique biogéochimique des sédiments intertidaux de cette lagune. Dans cet environnement côtier dynamique, il s’agissait de caractériser cette influence sur demultiples échelles spatiales (i.e. de la racine à l'écosystème) et temporelles (i.e. tidale, diurne, saisonnière et interannuelle). Des mesures par voltammétrie in situ de la composition des eaux porales des sédiments intertidaux non végétalisés ont montré que (i) les distributions verticales des espèces réduites variaient avec les marées et que (ii) la dynamique de l’oxygène dissous en réponse aux cycles tidaux et diurnes était contrôlée par l’activité photosynthétique et les migrations verticales du microphytobenthos. L’étude de l’influence de l’herbier sur cette dynamique via des pertes d’oxygène au niveau des racines a été initiée en mesurant les variations des concentrations en oxygène à l’intérieur des lacunes aérifères de ces plantes. L’organisation des lacunes de Zostera noltii est présentée pour la première fois dans cette étude. La distribution verticale de nutriments dans les eaux porales de sédiments végétalisés et de sédiments nus a été caractérisée pendant la période de croissance de l’herbier. La présence de Zostera noltii a induit une zonation verticale marquée de cette distribution qui reflète l’évolution avec la profondeur de l’équilibre entre la production de nutriments résultant de l’exsudation de matière organique labile par les parties souterraines de la plante (source) et le pompage de ces nutriments par les racines (puits). L’existence d’un pompage de carbone inorganique dissous et de silice dissoute par les racines de l’herbier a été mise en évidence. Des mesures d’échanges benthiques d’oxygène dissous sur des sédiments nus et colonisés par Zostera noltii ont permis de caractériser la saisonnalité et l’hétérogénéité spatiale du métabolisme benthique (respiration et production primaire brute) en relation avec les distributions d’herbier et/ou de macrofaune benthique. Dans les sédiments végétalisés, la forte variabilité spatio-temporelle de ce métabolisme benthique était largement contrôlée par la biomasse de feuilles d’herbier. A l’échelle de la lagune, nos calculs ont montré que la regression de l’herbier à Zostera noltii entre 2005 et 2007 a induit une diminution significative des taux de respiration et de production de la zone intertidal de la lagune. L’évolution interannuelle de la biogéochimie de sédiments colonisés par Zostera noltii a été étudiée en 2006 et en 2010/2011 sur une zone située dans une partie du Bassin d’Arcachon particulièrement affectée par le déclin des herbiers (secteur de Cassy). Contrairement aux observations réalisées sur l’herbier bien portant en 2006, l’herbier en déclin augmenterait le relargage de nutriments dans les sédiments via la stimulation de la production d’ammonium ou de la dissolution du phosphore particulaire. La régression des herbiers fournirait un apport significatif de phosphore vers la colonne d’eau de la lagune, d’une magnitude comparable aux apports par les rivières ou à ceux liés au pompage tidal. / The aim of this study was to improve our understanding of the influence of the Zostera noltii meadows of the Arcachon Bay, a seagrass meadow affected by a severe regression since the 2000’s, on the biogeochemical dynamic of the intertidal sediment of this lagoon. In such a changing coastal environment, it was important to characterize this influence on a wide range of spatial (i.e. from roots to the ecosystem) and temporal scales(i.e. tidal, diurnal, seasonal and inter-annual). In situ voltammetric measurements of the composition of porewater in an intertidal unvegetated sediment showed that (i) the vertical distribution of reduced species varied with tides and (ii) the oxygen dynamic in response to tidal and diurnal cycles was controlled by the photosynthetic activity and vertical migrations of microphytobenthos.The study of the influence of seagrasses on this dynamic by radial oxygen loss around roots was initiated with measurements of oxygen concentrations inside the lacunae of these plants. The organization of the lacunae of Zostera noltii is presented for the first time inthis study. The vertical distribution of porewater nutrients in vegetated and unvegetated sediments was characterized during the growth period of seagrasses. The presence of Zostera noltii induced a strong vertical zonation related to the depth-evolution of the balance between nutrient production stimulated by the root exudation of labile organic matter (source) and the root uptake of nutrients (sink). This study revealed the occurence of a root uptake of dissolved inorganic carbon and dissolved silica. Measurements of benthic oxygen exchanges on sediments colonized or not by Zostera noltii enabled the characterization of the seasonality and spatial heterogeneity of benthic metabolism (respiration and gross primary production) related to macrofaunal and macrophytic distribution. In vegetated sediments, the spatio-temporal variability of this benthic metabolism was highly controlled by leaves biomass. At the lagoon scale, our calculations showed that the regression of Zostera noltii meadows induced a significant decresase of mean annual respiration and production rates of the intertidal area of the lagoon.The inter annual evolution of the biogeochemistry of sediments colonized by Zostera noltii was studied in 2006 and in 2010/2011 in an area of the Arcachon Bay highly affected by the seagrass decline. In contrast to the healthy meadow in 2006, the declining meadow has increased nutrient release in sediments stimulating the production of ammonium or the dissolution of particulate phosphorus. This study shows that seagrass decay may result in a significant supply of phosphorus to the water column of a magnitude comparable to annual inputs to the lagoon from the rivers and the tidal pump.

La présente thèse porte sur des travaux expérimentaux et de modélisation visant à étudier les processus bactériens et algaux au sein d’une lagune a haut rendement algal (HRAP). Un système pilote HRAP a été construit et les impacts des différentes conditions opérationnelles sur l’hydrodynamique et le transfert gaz/liquide du pilote ont été étudiés. De plus, le rapport d'inoculation optimal entre les algues et les bactéries (Al-Bac) a également été étudié. La biomasse Al-Bac a ensuite été inoculée dans le système HRAP pour une évaluation à long terme du traitement des eaux usées et de la récupération des nutriments. Le HRAP dans cette étude peut être appliqué en traitement secondaire de eaux usées ou comme étape primaire éliminant rapidement les charges élevées de DCO et de TKN des retour en tête de digesteurs anaérobies (centrats). Les résultats expérimentaux obtenus ont également été utilisés pour calibrer et valider des modèles de type « boîte noire » et mécanistes. Les deux modèles peuvent décrire le fonctionnement à long terme du système. Le premier permet ainsi d'évaluer rapidement les performances du système ainsi que de le dimensionner, tandis que le second simule avec succès les résultats à long (général) et à court (détaillé) terme. L'étape suivante devrait être l'application du système à grande échelle. / The thesis focused on both experimental and modeling works aiming to investigate the algal bacterial processes in High-Rate Algal Pond (HRAP) system. A pilot HRAP system was built and the impacts of different operational conditions on hydraulic and gas transfer rate of the pilot were investigated. Moreover, optimal inoculation ratio between algae and bacteria (Al-Bac) was also studied. The Al-Bac biomass was theninoculated in the HRAP system for long term assessment of wastewater treatment and nutrient recovery. The HRAP in this study can be applied for secondary treatment application or as a primary step removing rapidly high loads of COD and TKN from centrate wastewater. Experimental results obtained were also employed in calibrating and validating black box and comprehensive algal bacterial models. Both models coulddescribe the system in long term. The former was adequate for giving quick assessment of the system performance as well as sizing application while the latter successfully simulated the results both in long (general) and short (detailed) time scale. A next step should be applying the system in large scale.

Etablir un lien entre le dépôt atmosphérique et le réservoir de matière organique dissoute (DOM) en mer Méditerranée est rendu difficile en raison: (1) d’une faible connaissance du réservoir de phosphate (P) dissous de surface, principalement contraint par les faibles concentrations en phosphate inorganique dissous (DIP), (2) d’un manque critique de données de dépôt atmosphérique de C, N et P organique et (3) d’une absence d’information sur sa biodisponibilité. Cette thèse a tenté de pallier ces manques. (1) A l’aide d’une mesure sensible du DIP, le recouvrement des données valides de phosphate organique dissous a été augmenté de 70% par rapport à la méthode classique, permettant de révéler la dynamique biogéochimique du P dissous dans les eaux de surface. (2) Les flux atmosphériques en C, N et P organique soluble ont été quantifiés et ont été de 59 mmol C m-2 an-1, 16,4 mmol N m-2 an-1 et 23,6 μmol P m-2 an-1. La contribution de la fraction organique aux flux totaux en N et P est respectivement de 40 et 25%. La fraction labile du dépôt atmosphérique en P organique soluble a également été quantifiée et a montré une importante variabilité, allant de 0 à 97%. (3) La biodisponibilité de la DOM atmosphérique a été étudiée expérimentalement. La DOM contenue dans une pluie saharienne peut soutenir l’activité des bactéries hétérotrophes marines, avec une quantité de C labile de 29%. La fraction labile de C contenue dans les aérosols désertiques et anthropiques est également importante, 26 ± 2 et 15 ± 5%, respectivement. Les résultats issus de cette thèse soulignent le caractère non négligeable du dépôt atmosphérique et son rôle déterminant dans le cycle de la DOM océanique. / Establishing a link between atmospheric deposition and the dissolved organic matter (DOM) pool in the Mediterranean Sea is currently hampered by: (1) a poor knowledge on the surface dissolved phosphate (P) pool, mainly due to low concentrations of dissolved inorganic phosphate (DIP), (2) a critical lack of data on atmospheric fluxes of organic C, N and P and (3) the lack of information on their bioavailability. This PhD thesis aimed at filling these gaps. (1) Relying upon a sensitive determination of DIP, the coverage of the valid dissolved organic phosphate data was enhanced up to 70%, revealing a vertical pattern in the dissolved phosphate biogeochemistry in surface waters. (2) Atmospheric fluxes of soluble organic C, N and P were quantified and were 59 mmol C m-2 yr-1, 16.4 mmol N m-2 yr-1 and 23.6 μmol P m-2 yr-1, respectively. The contribution of the organic fraction to the total atmospheric fluxes of N and P was of 40% and 25%, respectively. The labile fraction of atmospheric deposition of organic phosphate was also quantified during the study period and showed a wide variability, ranging from 0 to 97%. (3) The bioavailability of atmospheric organic matter was experimentally assessed. DOM contained in a Saharan rainwater could support the activity of marine heterotrophic bacteria, with an amount of labile carbon of 29%. The labile fraction of carbon contained in desert dust and anthropogenic aerosols was also substantial, 26 ± 2% and 15 ± 5%, respectively. The results obtained from this PhD thesis emphasize the non-negligible character of atmospheric deposition and highlight the key role that this external source could have on the oceanic DOM cycle.

Les systèmes intégrés d’aquaculture multi-trophique (IMTA) proposent de limiter les rejets dans l’environnement en associant la culture d’espèces de niveaux trophiques différents et le recyclage des déchets. Les détritivores sont un groupe trophique intéressant car ils permettent l’extraction de matière organique particulaire. Hediste (Nereis) diversicolor est un polychète qui connait un intérêt croissant du fait de sa capacité de bioturbation dans les sédiments et de sa haute valeur commerciale en tant qu’appât et nourriture potentielle pour animaux. L’objectif principal de cette thèse est d’évaluer le potentiel d’ H. diversicolor dans la bio-remédiation des rejets solides en système IMTA. Plus spécifiquement, l’étude a eu pour objectifs : i) de calibrer une nouvelle méthode de mesure des composés organiques des rejets (azote, carbone, phosphore, lipides), ii) d’évaluer l’activité métabolique (respiration) d’H. diversicolor nourries aux fèces de Dicentrarchus labrax en fonction de leur taille et de différentes températures, et iii) d’utiliser un modèle bioénergétique pour simuler croissance, respiration et excrétion d’H. diversicolor selon différents scenarios IMTA.Pour obtenir une caractérisation rapide des composés organiques, une méthode novatrice (NIRS) a été calibrée. Les composés des rejets ont varié entre 44-77% de matière organique, 2-5% d’azote organique total, 11-51% de carbone organique total, 9-26 de rapport carbone/azote, 1-3% phosphore total and 2-12% de lipides (% de matière sèche).Les taux métaboliques de H. diversicolor nourries aux fèces ont été estimés par consommations d’oxygène à différentes températures (11, 17, 22 and 27°C). Les effets de la température et de la taille du ver sur les consommations en oxygène ont été significatifs, mais ces niveaux de respiration (12.3 µmol g-1 de poids sec h-1 à 20°C) correspondaient probablement à un métabolisme basal dû aux conditions expérimentales (jeun et obscurité).Les simulations du modèle DEB H. diversicolor ont été comparées aux données expérimentales de taux de croissance, de respiration et d’excrétion, ce qui a permis de corroborer les prédictions du modèle. Le modèle DEB a permis de tester différents scenarios pour prédire les réponses métaboliques, la croissance, la maturité et la reproduction d’ H. diversicolor à différentes températures (5 à 25°C) et disponibilité alimentaire (f variant de 0.5 à 1, correspondant à la disponibilité des fèces). Le modèle DEB s’est avéré être un outil utile pour prédire les réponses physiologiques sous différentes conditions environnementales dans un contexte IMTA. / Integrated Multi-Trophic Aquaculture (IMTA) systems are based on the concept of limiting aquaculture discharges associating species of different trophic levels to reuse wastes. Deposit-feeders are one trophic group that has gained attention for the extraction of particulate organic matter. Hediste (Nereis) diversicolor is a polychaete species that has gained increasing interest for its bioremediation capacity through bioturbation activity in sediments, and high commercial value as fish bait and animal food sources. The main objective of this thesis was to evaluate the fish waste bioremediation capacity of polychaete H. diversicolor in IMTA context. More specifically, i) to predict organic compounds (nitrogen, carbon, phosphorus, lipids) in marine fish waste, ii) to evaluate the metabolic responses - respiration - of H. diversicolor fed with solid waste of seabass Dicentrarchus labrax at different temperatures and body size, and iii) to use a bioenergetic model (DEB) to simulate growth, oxygen consumption and excretion in different IMTA scenarios.To provide fast characterization of organic compounds we used an innovative method based on near infrared reflectance spectroscopy (NIRS). Chemical content of the waste measured by NIRS models after calibration, ranged from 44-77% organic matter, 2-5% total organic nitrogen, 11-51% total organic carbon, 9-26 carbon/nitrogen ratio, 1-3% total phosphorus and 2-12% lipids (% of dry matter).Fish waste fed H. diversicolor metabolic rates were evaluated through oxygen consumption at different temperatures (11, 17, 22 and 27°C). The effect of temperature and worm body size was significant on oxygen consumptions, however these respiration measures (12.3 µmol g-1 of dry weight h-1 at 20°C) may represent basal metabolic rate due to experimental conditions (starvation, darkness).DEB model of H. diversicolor was compared to experimental data on growth, respiration and excretion rates, which corroborated DEB model predictions. DEB was then applied to test different scenarios predicting metabolic responses, growth, maturity and reproduction of H. diversicolor at different temperatures (5 to 25°C) and food levels (f varying from 0 to 1, corresponding to fish waste loading). DEB revealed to be a useful tool in IMTA context, predicting physiological responses in different environmental conditions.

Les cycles du carbone et des nutriments des lacs sont en partie contrôlés par la sédimentation, les apports de matières terrestres, les réseaux trophiques et les interactions entre ces compartiments et processus. Les sédiments et les matières terrestres sont des sources de matière organique et de nutriments pour les écosystèmes aquatiques qui peuvent avoir un effet ascendant sur les communautés pélagiques. Les prédateurs de sommets de chaînes exercent quant à eux un contrôle descendant sur le cycle des nutriments aquatiques et sur le processus de sédimentation, via la modification des transferts de matière au sein des réseaux trophiques. Cette étude a permis de montrer que la structure du réseau trophique, en modifiant le contrôle des producteurs primaires par leurs consommateurs, influe sur les compositions élémentaire et biochimique (acides carboxyliques polyinsaturés, stérols, dérivés de la chlorophylle, protéines et sucres) de la matière organique qui sédimente et sur sa biodégradabilité. Cette modification de biodégradabilité influence en retour les biomasses du seston, du zooplancton, ou des poissons. Les matières organiques d'origines différentes (autochtone et allochtone) étudiées ont des effets contrastés sur les compositions élémentaires du seston, du zooplancton et des sédiments récemment déposés, mais très peu d'impact sur la composition des biomarqueurs lipidiques de ces compartiments. Les effets ascendants sur la structure des réseaux trophiques pélagiques des apports de matière organique sous forme de sédiment ou de terre se sont avérés assez mineurs comparés à ceux induits par la modification de la structure des réseaux trophiques aquatiques.

L'étage Valanginien est caractérisé dans le registre sédimentaire par une excursion positive des isotopes du carbone (amplitude 1,5-2‰), appelée " Episode Weissert ". Cet événement coïncide avec des changements paléoenvironnementaux et paléoclimatiques majeurs. La formation de la province volcanique ignée du Paraná-Etendeka a été proposée comme principal facteur forçant contrôlant ces changements. Cependant, de récentes études démontrent que l'Episode Weissert précède systématiquement l'activité volcanique. Ainsi, les facteurs déclenchant qui contrôlent ces changements sont encore source de débat. Dans cette étude des analyses cyclostratigraphique, biostratigraphique, minéralogique et géochimique ont été réalisés sur des sites de moyennes et hautes latitudes (coupes d'Orpierre et de La Charce/Arnayon dans le Bassin Vocontien, site 765C dans la plaine abyssale Argo) dans le but (i) d'explorer la dynamique des changements paléoenvironnementaux à l'échelle locale versus globale et (ii) de discuter des possibles facteurs forçant contrôlant l'épisode Weissert. Les processus diagénétiques et sédimentologiques locaux, qui pouvaient modifier le signal paléoclimatique, ont été discuté avant des interprétations paléoenvironnementales. La calibration astronomique de l'épisode Weissert, réalisée sur la coupe d'Orpierre, a permis pour la première fois le calcul de flux détritiques et de nutriments dans le Bassin Vocontien. Ces résultats indiquent de rapides changements climatiques aux moyennes latitudes, marqués par des conditions plus humides pendant l'Episode Weissert et des conditions plus sèches au Valanginien supérieur. En parallèle de nouvelles données géochimiques et minéralogiques, réalisés sur le site ODP 765C, ont été intégrées à une compilation globale de données géochimique et minéralogique sur 23 coupes répartie dans cinq grands environnements. Trois ceintures climatiques latitudinales majeures ont été identifié durant le Valanginien : (i) une ceinture aride dans l'océan proto Nord Atlantique (~15-17°N), (ii) une ceinture climatique subtropical dans la marge NW téthysienne (~25-30°N), et (iii) une ceinture climatique chaude et tempéré aux sites de hautes latitudes (~53°S et ~40 à ~70°N). Il apparaît que durant cette période, des facteurs orbitaux et tectoniques peuvent avoir contrôlé la distribution de ces ceintures et les principaux changements durant l'Episode Weissert.

Caractérisé par des eaux oligotrophes à mésotrophes, le lagon Sud Ouest de Nouvelle-Calédonie reçoit une part importante des effluents urbains de la ville de Nouméa. L'objectif de ce travail était d'évaluer les réponses des communautés phytoplanctoniques et bactériennes aux apports en nutriments dans ce système côtier lagonaire tropical. Un suivi annuel montre une faible saisonnalité des biomasses et productions bactériennes et phytoplanctoniques avec des maxima en Décembre-Janvier (été austral) et Avril-Mai et un minimum en Août, pendant l'hiver austral. Cette tendance saisonnière est entachée par d'importantes fluctuations à court terme de ces variables, vraisemblablement induites par le renouvellement des eaux lagonaires par les eaux océaniques sous l'influence du vent. Les gradients en nutriments au voisinage de Nouméa sont observables à ces 3 périodes caractéristiques. Elles ont donc été choisies pour évaluer la réponse des communautés bactérienne et phytoplanctonique aux enrichissements en nutriments. L'azote semble être l'élément limitant la production phytoplanctonique. La biomasse phytoplanctonique et la production primaire augmentent sensiblement en réponse aux accroissements en nutriments et cette stimulation s'accompagne d'une augmentation de la taille moyenne du phytoplancton. La production bactérienne augmente proportionnellement plus que la production primaire et la demande bactérienne en carbone excède largement la production primaire particulaire planctonique aux stations les plus enrichies. Au sein du picophytoplancton, les Prochlorococccus dominent largement dans les eaux océaniques proches et aux stations lagonaires les plus oligotrophes et sont remplacés par les Synechococcus et des picoeucaryotes autotrophes aux sites les plus enrichis. Au sein du nano- et du microphytoplancton, les peuplements des eaux oligotrophes dominés par les coccolithophoracées et les dinoflagellés sont remplacés par des peuplements où les diatomées prédominent aux sites les plus eutrophisés. La structure des communautés bactériennes étudiée par T-RFLP ne montre pas de variations spatiales importantes des communautés bactériennes libres et attachées aux particules, excepté dans les fonds de baie les plus altérés par les apports nutritifs. En une station représentative des conditions lagonaires, la structure des communautés bactériennes libres reste stable au cours de l'année et n'apparaît pas liée à la production bactérienne. A l'opposé, la structure des communautés bactériennes attachées aux particules montre d'importantes variations à court terme.

Ce travail a pour objectif d’étudier les conditions physicochimiques qui causent dans la Loire des développements excessifs de phytoplancton, et de mettre en évidence les modifications des équilibres biogéochimiques qui en résultent. L’analyse des variables de l’eutrophisation a été conduite sur plusieurs niveaux d’échelle temporelle et spatiale, sur la base de longues chroniques de qualité de l’eau (1980- 2012), de données acquises à l’échelle journalière pendant la thèse (2012-2014), et d’un modèle numérique biogéochimique à résolution horaire. Depuis les conditions hypereutrophes des années 1980, la biomasse phytoplanctonique qui se développe en période estivale a été réduite d’un facteur 2,5 dans la Loire et dans ses affluents, de manière concomitante avec la baisse généralisée d’un facteur 3 des teneurs en phosphore biodisponible, liée au contrôle des rejets ponctuels urbains et industriels. Le fleuve de la Loire (France) reste cependant sensible à l’eutrophisation, du fait d’une forte pression agricole et urbaine, des étiages prononcés, et une morphologie fluviale à chenaux multiples qui ralentit l’écoulement, laissant pleinement au phytoplancton le temps de se développer. Lorsque les conditions hydrologiques le permettent, le développement du phytoplancton impacte fortement le fonctionnement de l’écosystème, en agissant significativement sur les cycles biogéochimiques des nutriments, du carbone et de l’oxygène. / This thesis aims at studying the physical and chemical causes and consequences that result from excessive phytoplankton growth in the Loire River. The analysis identified some parameters characterizing river eutrophication and was conducted on several spatial and temporal scales. This was based on long-term water quality time-series (1980-2012), a daily survey carried out during this work (2012-2014), and the numerical modeling of the river biogeochemical functioning with an hourly resolution. Phytoplankton development in summer was reduced 2.5-fold in the Loire River and in the main tributaries, synchronously with the generalized reduction 3-fold of bioavailable phosphorus as a result of controlling and limiting phosphorus point sources. However, the Loire River remains sensitive to eutrophication, with a significant urban and agricultural pressure, low water levels in summer, and its multiple channels morphology slowing down the water velocity. All these factors combined favor phytoplankton development. When hydrological conditions are favorable, phytoplankton grows and significantly affects the ecosystem functioning, with an impact on nutrients, carbon and oxygen biogeochemical cycles.

Durant les 20 dernières années d'anciens bras latéraux du Rhin ont été restaurés par reconnexion au cours principal. L'objectif de cette thèse est d'évaluer l'efficacité de la restauration et de vérifier si l'écosystème aquatique a retrouvé sa fonctionnalité. Les communautés végétales aquatiques sont utilisées ici comme indicateurs de ces changements. De nombreux facteurs ont été mesurés : les communautés végétales, leurs traits biologiques, les flux et stocks de diaspores, la chimie de l'eau, du sédiment et des plantes, l'hydro-géomorphologie. Cette étude a été menée dans 9 sites restaurés et 3 sites de référence. Trois communautés végétales ont été identifiées : une "eutrophe", une "mésotrophe", et une "rhéophile". La composition de ces communautés est liée aux conditions physiques et trophiques, et aux flux de diaspores. Les reconnexions ont permis aux sites restaurés de retrouver des communautés et une fonctionnalité écologique semblables à celles des sites de référence. / During the last 20 years, side channels of the Rhine have been reconnected to the main course. The objective of this thesis is to assess the efficiency of restoration and the recovery of the ecosystems functionality. The aquatic plant communities were used as indicators of changes. Many factors were monitored: plant communities, their biological characteristics, flux and bank of propagules, the chemistry of water, sediment and plants, hydro-geomorphology. This study was conducted in 9 restored sites and 3 reference sites. Three aquatic plant communities were identified: eutrophic, mesotrophic and rheophilic. The composition of these communities is first linked to physical conditions and second to trophic level, together with flux of propagules. Reconnections allowed the restored sites to exhibit communities and ecological functioning similar to reference sites, in a relatively short time.

Les systèmes agro-sylvo-pastoraux (SASP) d’Afrique de l’Ouest sont des agro-écosystèmes limités en biomasses et en nutriments. Le recyclage des nutriments et les transferts de fertilité sont traditionnellement rythmés par la mobilité des troupeaux de ruminants conduits en extensif. Les agro-éleveurs pratiquent le parcage nocturne de leurs troupeaux pour concentrer la matière organique, dans les champs à proximité des habitations afin de sécuriser une production vivrière suffisante à leurs besoins. Dans un contexte de croissance démographique et de réduction des parcours naturels au profit des zones cultivées, le système d’élevage « traditionnel », basé sur une forte mobilité intra-terroir villageois, est remis en cause. Les stratégies adoptées par les agro-éleveurs sont, soit (i) l’éloignement des troupeaux du terroir villageois pendant des périodes plus ou moins longues par des pratiques de transhumance saisonnière vers des régions moins peuplées et disposant de davantage de ressources fourragères ; soit (ii) plus récemment, des pratiques d’intensification avec des animaux gardés à l’étable au sein du terroir villageois et nourris avec des aliments concentrés, achetés sur le marché local. Ces changements de systèmes d’élevage ont possiblement des conséquences importantes sur les flux de biomasses et les cycles des nutriments au niveau du ménage et du territoire. Il convenait de les évaluer en termes d’impacts sur le fonctionnement et la durabilité des SASP. A cet effet, le modèle multi-agents TERROIR a été développé et implémenté sur la plateforme de modélisation GAMA. Il simule l’effet de changements dans l’organisation du paysage et des systèmes d’élevage sur les flux de biomasse et d’azote aux différents niveaux d’organisation du territoire : la parcelle, le troupeau, le ménage et le terroir villageois. Le modèle simule les échanges de biomasses entre une centaine de ménages comportant des stratégies et des pratiques différentes. Cela inclut les transferts spatiaux de biomasses orchestrés par plusieurs centaines de troupeaux se déplaçant de façon indépendante sur un millier de parcelles. Le modèle synthétise ces flux par un ensemble d’indicateurs issus de deux méthodes d’analyse (« Ecological Network Analysis » et « System Gate Balance ») pour décrire la structure, le fonctionnement et la durabilité de l’agroécosystème, en termes de productivité, d’efficience, d’autonomie, de recyclage, de transferts spatiaux et de bilan de nutriments. Le modèle a été conçu et paramétré à partir des données disponibles sur les agroécosystèmes de savane en Afrique de l’Ouest et il a été évalué à partir des données observées dans deux terroirs villageois du bassin Arachidier au Sénégal où les pratiques des agro-éleveurs sont particulièrement contrastées.Le modèle TERROIR a été utilisé pour explorer les impacts des dynamiques territoriales observées sur la période 1920-2015 dans le bassin Arachidier au Sénégal, une zone agricole à transition agraire rapide et avancée. Les résultats soulignent une réorganisation du cycle de l’azote et une tendance générale à l’intensification des flux et à l’augmentation de la dépendance des agroécosystèmes vis-à-vis de sources extérieures de nutriments. Cependant, le recyclage et les transferts spatiaux de nutriments internes aux agrosystèmes restent à des niveaux élevés. L’intégration sol-plantes-animaux-hommes et l’hétérogénéité spatiale de la répartition des ressources fertilisantes apparaissent comme deux propriétés persistantes des agro-écosystèmes étudiés. Consolider cette intégration et cette organisation spatiale seraient ainsi un gage pour la durabilité des futurs systèmes agricoles qui émergeront dans un contexte de poursuite de la forte croissance démographique et de changement climatique. / Agro-sylvo-pastoral systems (systèmes agro-sylvo-pastoraux - SASP) of West Africa are agroecosystems limited in biomass and nutrients. Nutrient recycling and fertility transfer are traditionally driven by the mobility of ruminant herds led in extensive practices. Agro-pastoralists practice night corralling of their herds to concentrate the organic matter in the fields near the houses, in order to secure a sufficient food production for their needs. In a context of demographic growth and the reduction of natural rangelands in favor of cultivated areas, the "traditional" mobile livestock system, based on high mobility within the village is being called into question. The strategies adopted by the agro-pastoralists are: (i) keeping the herds away from the village for periods of varying lengths, by seasonal transhumance in less populated regions where forage resources are more important, or (ii) more recently, intensified practices with animals kept in the barn within the village and fed with concentrate feeds, bought on the local markets. These changes in livestock systems may have important consequences for biomass flows and nutrient cycling at the household and village landscape level. There was a need to assess their impact on the functioning and sustainability of SASP.To this end, the TERROIR multi-agent model has been developed and implemented on the GAMA modeling platform. It simulates the effect of changes in the organization of the landscape and livestock systems on biomass and nitrogen flows at different levels of organization in the village: plot, herd, household, village landscape. The model simulates the exchanges of biomasses between dozens of households with different strategies and practices. It includes the spatial transfers of biomasses between several hundred plots orchestrated by dozens of herds moving independently. The model synthesizes these flows with a set of indicators from two methods of analysis (Ecological Network Analysis and System Gate Balance) to describe the structure, functioning and sustainability of the agroecosystem, in terms of productivity, efficiency, autonomy, recycling, spatial transfers and nutrient balance. The model was designed and configured with available data on savannah agroecosystems in West Africa. It was evaluated from data observed in two villages of the Groundnut Basin in Senegal where the practices of agro-pastoralists are particularly contrasted. The TERROIR model was developed and implemented to explore the impacts of the village dynamics observed over the period 1920-2015 in the Groundnut Basin in Senegal, an agricultural zone in fast and advanced agrarian transition. The results highlight a reorganization of the nitrogen cycle and a general trend towards increased flows and increased dependence of agroecosystems on external sources of nutrients. However, the recycling and spatial transfers of nutrients internal to agroecosystems remain at high levels. The soil-plant-animal-human integration and the spatial heterogeneity of the distribution of fertilizing resources appear as two persistent properties of the studied agro-ecosystems. Consolidating this integration and spatial organization could guarantee for the sustainability of future farming systems that will emerge in a context of continued high-population growth and climate change.