L'hétérogénéité spatiale est aujourd'hui reconnue comme un facteur primordial pour la diversité et le fonctionnement des écosystèmes prairiaux, mais reste souvent négligée dans l'analyse de l'impact de différents modes d'utilisation pastorale. Les communautés prairiales subalpines sont des milieux hautement diversifiés, au cœur d'enjeux écologiques, socio-économiques et culturels. Depuis plusieurs décennies, des changements d'usage, notamment l'extensification conduisant parfois à l'abandon du pâturage, affectent ces prairies dans de vastes régions des Alpes. Connaitre la réponse spatiale de ces communautés à ces changements d'usage peut constituer un enjeu important pour mieux prédire les conséquences en termes de valeurs écologiques et agronomiques. L'objectif général de ce travail est d'identifier l'organisation spatiale de composantes spécifiques et fonctionnelles de communautés prairiales subalpines dans des situations contrastées d'usage : pâturage traditionnel et abandon sur le moyen terme (~20 ans), de comprendre les mécanismes liés au pâturage influençant cette organisation spatiale et d'explorer les conséquences potentielles de l'organisation spatiale des composantes spécifiques et fonctionnelles sur les valeurs d'usage de ces milieux. Ce travail révèle que l'arrêt du pâturage conduit à des modifications importantes de l'organisation spatiale à la fois des espèces et de traits fonctionnels aériens. La variabilité spatiale de ces composantes est systématiquement augmentée à différentes échelles spatiales en situation d'abandon révélant un grain plus grossier d'hétérogénéité spatiale, lié à une plus faible coexistence locale des espèces et des traits et à une convergence fonctionnelle plus forte que sous l'effet diversificateur à échelle fine du pâturage traditionnel. D'autres part, même si une réponse en termes de patrons spatiaux est également observée, celle-ci n'est pas systématique, indiquant l'absence d'une action structurante forte du pâturage qui agit donc surtout sur la variabilité. Une expérimentation in situ montre en effet que la formation de patrons spatiaux marqués en réponse à une action de défoliation sélective semble limitée dans ces prairies relativement peu productives. De plus, une faible structuration spatiale du couvert en termes de valeurs d'usage fourragère a été observée, pilotée dès des échelles très fines par la variabilité spatiale à un grain fin des assemblages d'espèces et de traits dans les zones pâturées. Ces résultats suggèrent ainsi l'expression d'un pâturage peu sélectif exprimé par les troupeaux ovins dans ces milieux peu productifs, et la prépondérance du filtre abiotique dans la détermination des assemblages spatiaux des espèces et des traits. La formation de patchs très contrastés et très structurés spatialement en réponse au pâturage est plus probable dans des milieux très productifs où la compétition est plus intense et la repousse de la végétation favorisée. La prise en compte de la variabilité autour de la réponse moyenne des communautés se révèle donc un élément essentiel pour analyser l'évolution des prairies subalpines en réponse au changement d'usages pastoraux. Une des perspectives fortes suite à ce travail est l'analyse de la synergie entre la réponse de l'hétérogénéité spatiale du couvert et celle du compartiment souterrain (traits racinaires, mycorhization, diversité microbienne...).

La dispersion par croissance clonale serait un processus majeur de la structuration des communautés végétales, particulièrement en prairies où une majorité d'espèces sont clonales. Celles-ci produisent des modules génétiquement identiques organisés en réseau, dont l'agrégation dépend de la stratégie de croissance de l'espèce. Cette thèse vise à analyser et à comprendre la dynamique des communautés végétales de prairie en se basant sur les règles d'assemblage spatial des espèces clonales et d'en déterminer les conséquences pour leur fonctionnement. Pour cela, des approches complémentaires expérimentales et de modélisation ont été utilisées. Nos résultats montrent que les stratégies de croissance des clones déterminent la structure spatiale des communautés à échelle fine, générant un large panel de patrons. Le patron spatial d'une espèce varie selon les stratégies de croissance clonale présentes dans la communauté. Ces variations résulteraient d'une modification des traits clonaux en réponse à l'environnement biotique. Le clone est capable d'ajuster sa croissance horizontale selon l'identité de son compétiteur grâce aux informations collectées par les modules. La valeur adaptative de cette réponse plastique dans la résistance à la compétition dépend du structural blue-print de la plante mais peu de l'ontogénie. Nous montrons également que les traits clonaux ont un rôle majeur dans le fonctionnement des communautés en influençant leur productivité, probablement via les patrons spatiaux qu'ils génèrent. Ces résultats ont été utilisés dans le cadre de la mise en place des bandes enherbées, afin de définir un semis optimal par rapport à leur fonction de préservation de la qualité de l'eau. Ce travail souligne l'importance des processus spatiaux observés à l'échelle du clone pour ceux opérant à l'échelle de la communauté ou de l'écosystème.

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

L'objectif de cette thèse a été de caractériser les patrons spatiaux de diversité inter- et intraspécifique au sein des réseaux dendritiques, d'expliciter les processus évolutifs et écologiques qui les sous-tendent, et d'isoler les possibles covariations spatiales et interactions existant entre ces différentes facettes de biodiversité. Pour cela, j'ai tout d'abord développé de nouvelles méthodes statistiques permettant l'analyse, par des modèles causaux, de données sous la forme de matrices de distances, afin de pouvoir analyser plusieurs facettes de biodiversité dans un unique cadre statistique au niveau alpha et bêta. J'ai par la suite étudié de manière intégrative les patrons de diversité interspécifique et intraspécifique génétique d'une part, et intraspécifique génétique et intraspécifique phénotypique d'autre part, au sein du bassin versant Garonne- Dordogne. Enfin, j'ai utilisé un modèle de dynamique éco-évolutive afin d'étudier l'impact de la structure et des gradients environnementaux caractérisant les réseaux dendritiques sur l'adaptation locale au sein de ces réseaux. / The aim of this thesis was to characterized the spatial patterns of inter- and intraspecific diversity within riverine networks, to better understand the ecological and evolutionary processes underlying them and to explore how the different facets of biodiversity interact with one another. First, I developed novel statistical approaches allowing the application of causal modeling to data in the form of pairwise matrices, thus allowing the study within integrative frameworks of several biodiversity facets at the alpha and beta levels. I then studied integratively the patterns of interspecific and intraspecific genetic diversity and of intraspecific genetic and intraspecific phenotypic diversity within the Garonne-Dordogne river basin. Finally, I used an eco-evolutionary metapopulation dynamics model to assess the impacts of the structure and environmental gradients that characterize riverine networks on local adaptation.

L'hétérogénéité spatiale est aujourd'hui reconnue comme un facteur primordial pour la diversité et le fonctionnement des écosystèmes prairiaux, mais reste souvent négligée dans l'analyse de l'impact de différents modes d'utilisation pastorale. Les communautés prairiales subalpines sont des milieux hautement diversifiés, au cœur d'enjeux écologiques, socio-économiques et culturels. Depuis plusieurs décennies, des changements d'usage, notamment l'extensification conduisant parfois à l'abandon du pâturage, affectent ces prairies dans de vastes régions des Alpes. Connaitre la réponse spatiale de ces communautés à ces changements d'usage peut constituer un enjeu important pour mieux prédire les conséquences en termes de valeurs écologiques et agronomiques. L'objectif général de ce travail est d'identifier l'organisation spatiale de composantes spécifiques et fonctionnelles de communautés prairiales subalpines dans des situations contrastées d'usage : pâturage traditionnel et abandon sur le moyen terme (~20 ans), de comprendre les mécanismes liés au pâturage influençant cette organisation spatiale et d'explorer les conséquences potentielles de l'organisation spatiale des composantes spécifiques et fonctionnelles sur les valeurs d'usage de ces milieux. Ce travail révèle que l'arrêt du pâturage conduit à des modifications importantes de l'organisation spatiale à la fois des espèces et de traits fonctionnels aériens. La variabilité spatiale de ces composantes est systématiquement augmentée à différentes échelles spatiales en situation d'abandon révélant un grain plus grossier d'hétérogénéité spatiale, lié à une plus faible coexistence locale des espèces et des traits et à une convergence fonctionnelle plus forte que sous l'effet diversificateur à échelle fine du pâturage traditionnel. D'autres part, même si une réponse en termes de patrons spatiaux est également observée, celle-ci n'est pas systématique, indiquant l'absence d'une action structurante forte du pâturage qui agit donc surtout sur la variabilité. Une expérimentation in situ montre en effet que la formation de patrons spatiaux marqués en réponse à une action de défoliation sélective semble limitée dans ces prairies relativement peu productives. De plus, une faible structuration spatiale du couvert en termes de valeurs d'usage fourragère a été observée, pilotée dès des échelles très fines par la variabilité spatiale à un grain fin des assemblages d'espèces et de traits dans les zones pâturées. Ces résultats suggèrent ainsi l'expression d'un pâturage peu sélectif exprimé par les troupeaux ovins dans ces milieux peu productifs, et la prépondérance du filtre abiotique dans la détermination des assemblages spatiaux des espèces et des traits. La formation de patchs très contrastés et très structurés spatialement en réponse au pâturage est plus probable dans des milieux très productifs où la compétition est plus intense et la repousse de la végétation favorisée. La prise en compte de la variabilité autour de la réponse moyenne des communautés se révèle donc un élément essentiel pour analyser l'évolution des prairies subalpines en réponse au changement d'usages pastoraux. Une des perspectives fortes suite à ce travail est l'analyse de la synergie entre la réponse de l'hétérogénéité spatiale du couvert et celle du compartiment souterrain (traits racinaires, mycorhization, diversité microbienne…). / Spatial heterogeneity is now widely recognized as a key component for diversity and functioning of grazed plant communities but is still often neglected for the analysis of the impact of different pastoral uses. Subalpine grassland communities are species-rich habitats of high conservative, economic and cultural values. In large regions of the Alps, these grasslands have experienced a decrease in pastoral use and even abandonment, in the last decades. The investigation of the spatial response of these communities to these changes in pastoral use can be a key issue to better predict ecological and agronomical consequences of such changes. The main objective of this study is to identify the spatial organization of species and traits of subalpine grassland communities in contrasted situations of pastoral use: traditional grazing and abandonment (~20 years), to understand grazing-induced mechanisms influencing this spatial organisation and to explore the potential consequences of the spatial organization of species and traits on the pastoral value of these grasslands. This work reveals that grazing cessation leads to strong modifications of the spatial organization of both species and aerial functional traits. The spatial variability of these components are systematically increased at different spatial scales following grazing abandonment which revealed a coarser grain of spatial heterogeneity in relation to a lower species and trait local coexistence and to a stronger functional convergence than under the fine-scale diversifying action of traditional grazing. Besides, despite we also observed a response in terms of spatial patterns, this one is not systematic which indicates the absence of strongly structuring action of grazing that especially acts on variability. An in situ experiment indeed showed that spatial pattern creation in response to selective defoliation is limited in these relatively low productive grassland communities. In addition, we also evidenced that pastoral values (forage quality) exhibited poor spatial heterogeneity in these grasslands in relation to the fine grained spatial variability of species and plant traits in grazed areas. These results suggest the expression of a low selective grazing promoted by sheep herds grazing and low productivity of subalpine communities and the predominance of the abiotic filter in the determination of spatial assemblages of species and traits. Pronounced spatial patterns in response to grazing may be expected in more productive environments where competitive interactions between species are more intense and species regrowth promoted. Therefore, the consideration of the spatial variability in addition to the mean response of community components appeared to be essential in the analysis of subalpine grassland community dynamics in response to land use changes. One of the strong perspective following this work is to analyse the association between spatial responses of vegetation components and those of belowground components (root traits, microbial diversity…).

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

Les forêts tropicales représentent un ‘hotspot’ de diversité avec un nombre considérable d’espèces qui coexistent jusqu’à une échelle locale fine. Plus particulièrement, 16 000 espèces d’arbres coexistent en Amazonie, 1 800 en Guyane française et entre 120 et plus de 200 espèces d’arbres par hectare. Cependant, le maintien de cette diversité face aux changements globaux actuels et à venir (qu’ils soient anthropiques ou climatiques…) est incertain. Avant de pouvoir prédire l’évolution de la diversité face aux changements globaux, un travail fondamental est nécessaire afin de comprendre les processus d’assemblage des communautés, processus qui maintiennent cette diversité. Ce travail est réalisé depuis de nombreuses années en écologie et reste d’actualité vu l’absence de consensus quant à l’importance relative des processus d’assemblage. Cette thèse s’inscrit dans la continuité de ce travail fondamental en utilisant une approche intégrative innovante, qui aborde de manière multi-échelle trois types de diversité : diversité taxonomique, fonctionnelle et phylogénétique. Nos résultats questionnent sur l'importance du filtrage environnemental quant aux propriétés hydrologiques et chimiques des sols, et sur celle des interactions biotiques dans l’assemblage de la communauté étudiée. Par ailleurs, nos résultats suggèrent que les distributions d’espèces puissent être influencées par la dynamique forestière en lien avec les chutes d’arbres et donc avec la disponibilité en lumière. Enfin, nous avons mis en évidence l’importance de la limitation de dispersion. / Tropical forests are a biodiversity hotspot, with the coexistence of numerous species until a fine spatial scale. Particularly, 16.000 tree species coexist in Amazonia, 1.800 in Frenche Guiana and between 120 and more than 200 tree species per hectare. However, there are some uncertainties in maintaining diversity in regard to global changes. Hence before predicting the diversity evolution face of global changes, fundamental studies are needed to understand which assembly processes are involved in the maintenance of diversity. These fundamental studies still relevant given the lack of consensus on the relative importance of assembly processes. This thesis is a continuation of these fundamental studies, using innovative integrative approach, at multi-scale, to address three types of diversity: taxonomic diversity, functional and phylogenetic. Our results challenge the importance of environmental filtering for hydrological and chemical properties of soils, versus the importance of biotic interactions on community assembly. Furthermore, our results suggest that species distributions could be affected by forest dynamics related to falling trees and therefore by light availability. Finally, we have highlighted the importance of dispersal limitation on community assembly.