Les marais filtrants artificiels sont des écosystèmes recréés par l’homme dans le but d’optimiser l’épuration des eaux usées. Lors de la sélection d’espèces végétales pour la mise en place de ces marais filtrants, l’utilisation d’une polyculture ainsi que d’espèces indigènes non invasives est de plus en plus recommandée. Néanmoins, la plupart des marais filtrants existants sont des monocultures utilisant des plantes envahissantes, probablement à cause du manque d’évidences scientifiques sur les avantages de la diversité végétale et de la performance des espèces locales. Ainsi, les questions de recherche autour desquelles s’oriente ma thèse sont: Les polycultures présentent-elles un potentiel épuratoire aussi ou plus grand que les monocultures, et une espèce indigène est-elle aussi efficace et performante qu’une espèce exotique envahissante dans des marais filtrants ? Trois expériences ont été conduites afin de répondre à ces questions. J’ai d’abord testé l’influence de la richesse végétale sur l’élimination des polluants en deux dispositifs expérimentaux: 1) comparant deux espèces de plantes émergentes en monoculture ou combinées séquentiellement, et 2) évaluant la performance de quatre espèces flottantes plantées en monoculture par rapport à des associations de deux (avec toutes les combinaisons possibles) et de quatre espèces. Une troisième expérience a été réalisée afin de comparer l’efficacité épuratoire de l’haplotype européen envahissant du roseau commun (Phragmites australis) et de la sous-espèce locale non-invasive (P. australis subsp. americanus). La composition en espèces végétales a produit un effet notable sur la performance des marais filtrants. La comparaison des performances en mono- et en polyculture n’a pas permis de démontrer clairement les avantages de la diversité végétale pour l’élimination des polluants dans les marais filtrants. Toutefois, les marais filtrants plantés avec une combinaison d’espèces étaient aussi efficaces que les monocultures des espèces les plus performantes. La comparaison entre les deux sous-espèces de P. australis indiquent que la sous-espèce indigène pourrait remplacer le roseau exotique envahissant, évitant ainsi les potentiels risques environnementaux sans toutefois compromettre l’efficacité du traitement. Les résultats prometteurs de la sous-espèce indigène de P. australis doivent encore être testés dans des expériences à grande échelle avant d’utiliser largement cette espèce dans les marais filtrants. Nos résultats suggèrent que, dans des conditions où la performance des macrophytes disponibles est inconnue ou ne peut être déterminée, l’utilisation d’une combinaison d’espèces présente les meilleures chances d’accomplir le plus haut niveau possible d’élimination de polluants. De plus, même si la diversité végétale ne présente pas un avantage mesurable en termes d’efficacité épuratoire, celle-ci améliore la résilience des marais filtrants et leur résistance aux stress et aux maladies. / Treatment wetlands (TWs) are complex engineered ecosystems designed to remove pollutants from wastewater. In selecting plant species for TWs, the use of polycultures as well as the choice of local non-invasive species is increasingly recommended. However, to date, the majority of TWs have been planted in monoculture using invasive species, probably because the performance of native species and the possible advantages associated with plant diversity have not been clearly demonstrated. The research questions of my thesis are: Are polycultures as good as or better than monocultures for pollutant removal, and could a native species be as efficient as an exotic invasive species in TWs? Three experiments were performed to answer this question. The influence of plant richness on pollutant removal was tested in two mesocosm experiments: 1) comparing two emergent plant species in monoculture and planted in sequence, and 2) evaluating four free-floating species, each in monoculture versus pairs of species (all possible combinations) and the four species planted together. A third experiment was carried out to compare the removal efficiency of the invasive European haplotype of common reed (Phragmites australis) and the native non-invasive subspecies (P. australis subsp. americanus). Plant species composition influenced the performance of TWs. The comparison of the performance of monocultures versus polycultures showed that, overall, TWs planted with a combination of species were as efficient as monocultures of the best performing species. Comparing the performance of native and invasive P. australis strongly suggests that the native could replace the invasive species in TWs, thereby avoiding possible environmental risks without compromising treatment efficiency. The promising results of the native P. australis subspecies need to be further tested in full-scale experiments in order to encourage the use of this species in TWs. The results obtained comparing plant species combinations suggest that under circumstances in which the performance of available macrophytes is unknown or cannot be determined, using a mixture of species offers the best chances of achieving the highest possible level of pollutant removal. Furthermore, it has been suggested that plant diversity contributes to TWs in terms of their resilience to stress and disease.

This study focuses on the vegetation of the African city of Bujumbura, Burundi. Urban flora is detailed according to the origin of the species (native or introduced), their life form, the use of these species by the local population and their behaviour (invasive or not). <p>The correlation between different natural and anthropogenic environmental factors and the composition of plant communities has been demonstrated through the analysis of vegetation plots. Three types of green areas were studied: spontaneous vegetation on terra firma, wetlands <p>and domestic gardens.<p><p>The main ecological factor correlated to the composition of the spontaneous vegetation of terra firma is the degree of urbanization. From the suburb to the city centre, savannah species typical for the region are replaced by alien invasive species, mostly ruderals. The latter generally have a large distribution, often on several continents. The physiognomy of the vegetation also changes, with hemicryptophytes and phanerophytes in the outskirts and the dominance of therophytes and chamaephytes in the city centre.<p><p>In most of wetlands, a large proportion of the plant species are natives, but some wetlands are almost totally invaded by alien species. Soil type is the main environmental factor correlated with <p>the variability of the vegetation.<p><p>The flora of domestic gardens is mainly composed of introduced species used as ornamental, food or medicinal plants. The socio-economical status of the neighbourhood is the main factor correlated with the variability of the garden flora. In high standing neighbourhoods, most species are onamental, with many trees and shrubs. In popular neighbourhoods, the flora is mainly utilitarian (vegetables and fruits), with a significant proportion of native species, and composed mainly of annual species. <p>A small proportion of the alien species cultivated in gardens has become invasive in the semi-natural vegetation of the city and its surroundings. Many other species cultivated in the gardens could become invasive, based on their ecology and their invasive behaviour in other regions with a climate similar to that of Bujumbura.<p><p>Overall, the city of Bujumbura has a diverse flora, with many useful species (vegetables and fruits, traditional medicine, construction of fences and roofs, material for mats and art objects.). The vegetation also hosts wildlife: birds, fishes, hippos, crocodiles etc… <p><p>In conclusion, the vegetation of Bujumbura contributes to biodiversity conservation and provides services to the urban population, but the expansion of alien invasive species and the consequent homogenization of the vegetation is a challenge for the future.<p> / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Les invasions biologiques sont une cause majeure de perte de biodiversité à l’échelle mondiale. L’impact direct des espèces exotiques envahissantes (EEE) sur la structure et la composition des communautés a été bien documenté. Par contre, leur impact sur le fonctionnement des écosystèmes a été comparativement moins étudié. Dans le présent travail, j’ai mesuré sur le terrain et en conditions expérimentales l’impact de 7 espèces de plantes exotiques particulièrement envahissantes en Europe sur les propriétés chimiques du sol, sur la productivité et sur le stock d’éléments minéraux dans la biomasse. Malgré la diversité des groupes fonctionnels considérés dans notre échantillon (des espèces annuelles aux arbres), des impacts récurrents ont pu être mis en évidence. Les EEE ont toujours une biomasse et une productivité supérieures à celles de la végétation qu’elles envahissent. Il en va de même pour le stock d’éléments minéraux dans la biomasse aérienne. En ce qui concerne le sol, les traits fonctionnels des espèces ne permettent pas de prédire la direction et l’amplitude des impacts. Par contre, ces impacts sur le sol se sont révélés partiellement prévisibles en fonction des conditions écologiques initiales (contexte pédologique). La disponibilité des cations et du P et la concentration en C et N organiques augmentent suite à l’invasion dans les sites initialement pauvres alors que ces mêmes paramètres baissent dans les sites plus eutrophes au départ. Les EEE entraînent, dans une certaine mesure, une homogénéisation des conditions écologiques dans les écosystèmes envahis. <p>Dans un deuxième temps, je me suis attaché à identifier les mécanismes de l’impact de Fallopia japonica sur le cycle de l’azote. Cette espèce, perenne rhizomateuse, adopte une gestion très conservatrice de l’azote en retransloquant jusqu’à 80 % de l’azote des tiges et des feuilles vers le système racinaire en automne avant l’abscission des feuilles. La litière restituée est, de ce fait, pauvre en azote. Ce paramètre, combiné à une teneur élevée en lignine, explique sa faible vitesse de décomposition par rapport à celle de la végétation non envahie. Une grande partie de l’azote de l’écosystème tourne donc en cycle quasi fermé entre les organes de réserve et les parties aériennes de la plante, tandis que l’azote restant est en grande partie bloqué dans la nécromasse de la plante et est donc non disponible pour les espèces concurrentes indigènes. Ce mécanisme explique, sans doute, en partie le succès invasif de l’espèce.<p><p>A l’avenir, les implications des impacts sur le sol en terme de restauration des communautés devront être étudiées. L’hypothèse d’une influence positive de ces impacts sur l’aptitude compétitive des espèces envahissantes devra être testée. Enfin, une étude plus fonctionnelle des impacts de ces espèces dans des sites contrastés devrait permettre d’identifier les mécanismes impliqués./Biological invasions are a major cause of biodiversity loss worldwide. The direct impact of alien invasive species (AIS) on community structure and composition has been well documented. On the other hand, their impact on ecosystem functioning has been comparatively less studied. In this work, I measured, on the field and in experimental conditions, the impact of 7 highly invasive alien plant species in Europe on soil chemical properties, biomass and aboveground nutrient stock. Despite the high diversity in considered functional groups (from annuals to trees), recurring impacts have been found. AIS had always higher biomass and aboveground nutrient stocks than invaded resident vegetation. Concerning soil, species functional traits did not allow us to predict impact direction and intensity. On the other hand, impacts on soil were partially predictable based on initial ecological conditions (pedologic context). Thus, cations and P availability and organic C and N concentrations increased in initially poor sites and decreased in eutrophic ones. AIS tend to homogenize soil properties across invaded landscapes.<p>In a second part, i tried to identify the mechanisms of the impacts of Fallopia japonica on N cycling. This perrennial rhizomatous species manage N in a very conservative way. About 80 % of aboveground N is translocated to rhizomes before leaves abscission. The litter is therefore poor in N. This parameter combined with a high lignin concentration explains its slow decomposition rate compared to that of uninvaded vegetation. A big part of the ecosystem N is engaged in a nearly closed cycle between above and belowground organs while the remaining N is blocked in the necromass and is thus not available for the indigenous competitors. This mechanism probably explains the invasive success of this species.<p><p>In the future, the implications of soil properties modifications in terms of community restoration should be studied. The hypothesis of a positive influence of these modifications on the competitive ability of AIS should be tested. At last, a functional study of these soil impacts in contrasted sites should allow us to identify the implied mechanisms.<p> / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Les talus des routes favorisent la propagation des plantes envahissantes en agissant comme corridors de dissémination ainsi que comme habitats propices à leur établissement et à leur croissance. Le gaillet mollugine (Galium mollugo L., Rubiaceae) est une de ces espèces envahissantes qui utilisent les talus routiers pour étendre leur aire de répartition. Les talus des routes et des pistes cyclables ainsi que les champs en friche du parc national du Bic, dans l'Est du Québec, ont récemment été envahis par le gaillet, ce qui pourrait représenter une menace pour la flore de ce petit parc. Ce mémoire vise à décrire la distribution du gaillet dans le parc, à circonscrire les facteurs qui favorisent la présence ou l'abondance de l'espèce dans les champs en friche et à évaluer son impact sur la richesse et la diversité floristiques. À l'été 2006, 197 quadrats ont été échantillonnés dans les champs en friche du parc pour la caractérisation de leur flore et de leurs particularités physiques et spatiales. La répartition spatiale du gaillet a également été étudiée en bordure des routes, chemins et pistes cyclables du parc ainsi qu'au sein d'un champ en friche. Des modèles de régression logistique ont été élaborés pour déterminer les facteurs qui influencent la présence ou l'absence ainsi que la fréquence d'apparition du gaillet. Des modèles de régression simple ont aussi été construits afin d'étudier l'influence du gaillet sur la richesse et la diversité floristiques. Les modèles montrent que plus la distance qui sépare un site de la route asphaltée la plus proche diminue, plus la probabilité d'y trouver du gaillet en grande quantité augmente. Les talus des routes asphaltées sont nettement plus envahis que ceux des autres types de corridors de transport. Le gaillet a une influence négative à la fois sur la richesse et sur la diversité floristiques. Les talus routiers constituent des habitats propices (milieux bien drainés, conditions très ensoleillées, peu de compétition) pour la plante. La grande quantité de terres en friche qu'on trouve dans le parc national du Bic favorise aussi sa prolifération. Pour freiner, sinon ralentir l'invasion des champs par le gaillet, il serait préférable de ne pas construire de nouvelles routes ou chemins dans le parc et de ne pas asphalter les routes de gravier qui existent déjà. Cela fournirait au gaillet de nouveaux habitats (talus) et corridors de dissémination.

La quenouille à feuilles larges (Typha latifolia, une plante indigène d’Amérique du Nord) et le roseau commun (Phragmites australis, haplotype M, le génotype exotique d’Eurasie) sont souvent observés dans les tourbières à sphaignes à la suite des activités d’extraction de la tourbe. L’envahissement des milieux humides par ces plantes peut nuire au rétablissement des communautés végétales typiques des tourbières et potentiellement réduire la capacité de ces écosystèmes à stocker le carbone. De plus, les graines produites en grandes quantités peuvent être responsables de la contamination de la tourbe extraite des terrains voisins. Au Québec, des populations denses de quenouille et de roseau ont été répertoriées récemment dans deux bogs de la région du Bas-Saint-Laurent autrefois utilisés pour l’extraction de la tourbe. Le but de ce projet était d’évaluer et tester des méthodes pour lutter contre la propagation de la quenouille et du roseau en tourbière. Différentes méthodes de lutte telles que la fauche des tiges, le bâchage et la revégétalisation ont été testées dans deux sites, Bois-des-Bel (BDB, une tourbière restaurée) et Saint-Alexandre-de-Kamouraska (SAK, une tourbière non restaurée). À BDB, les résultats montrent que le traitement de fauches répétées (trois fois par été) des tiges de quenouille a diminué la densité de repousses de tiges de 77 % et la biomasse aérienne de 88 % par rapport aux secteurs où aucune fauche n’a été effectuée. À SAK, des observations effectuées sur le terrain suggèrent que l’utilisation d’une toile opaque combinée à des plantations de saules pour former rapidement un couvert végétal dense pourrait contribuer à limiter la repousse du roseau. Ce projet aborde une nouvelle perspective de l’envahissement biologique dans les tourbières d’Amérique du Nord. Par ailleurs, il contribue à développer une expertise technique et opérationnelle basée sur l’approche expérimentale pour le contrôle des plantes envahissantes en tourbière. Mots-clés : Quenouille à feuilles larges, Typha latifolia, roseau commun, Phragmites australis, tourbières, bog, envahissement, lutte intégrée / Broad-leaf cattail (Typha latifolia, a native plant in North America) and common reed (Phragmites australis, haplotype M, the exotic Eurasian genotype) are often observed in Sphagnum-dominated peatlands once peat extraction activities have ceased. Both species are tall opportunistic herbs showing highly competitive behavior through vegetative propagation and seed production. They are invasive in peatlands that have been used for peat extraction and could become a major threat to restoration projects by preventing the establishment of desirable plant species and potentially reducing carbon sequestration. Furthermore, seed dispersal could contaminate adjacent commercial peat fields. Dense, nearly monospecific, patches of Cattail and Reed have been recently identified in two bogs located in eastern Canada cutover bogs. The main objective of this project was to evaluate and test methods to prevent the spread of these invasive plants in peatlands. Different control methods, such as repeated stem cutting, tarping and revegetation were tested on cattails and reeds, at Bois-des-Bel (BDB, a restored peatland) and Saint-Alexandre-de-Kamouraska (SAK, an unrestored site). Repeated cuttings (3 times per summer) decreased cattail stem density by 77 % and biomass by 88 % compared to control (no cutting) sites. Field observations suggest that a combination of tarping and planting willows to rapidly establish a dense plant cover could inhibit the regrowth of reeds. This project examines a new aspect of biological invasions in North American peatlands. It contributes to the development of technical and operational expertise regarding invasive plant control, based on experimental evidence. Key words: Broad-leaf cattail, Typha latifolia, common reed, Phragmites australis, peatlands, bog, invasion, control

La prolifération d’espèces invasives est un problème mondial. Après la pollution et la destruction des habitats, l’introduction d’espèces exogènes est une des principales causes de la disparition de la biodiversité animale et végétale dans le monde. La Corse n’est pas épargnée par le phénomène ; en effet, chaque année nous dénombrons de plus en plus d’espèces végétales introduites, potentiellement envahissantes et dangereuses pour l’écosystème insulaire. Si elles ne sont pas contrôlées, ces plantes peuvent rapidement gagner du terrain et s’installer durablement en raison de leurs facultés d’adaptation à divers écosystèmes.C’est dans ce contexte que nous sommes intéressés à quatre plantes de la famille des Astéracées considérées comme envahissantes : deux espèces du genre Xanthium (Xanthium italicum et X. spinosum) et deux espèces du genre Senecio (Senecio angulatus et S. inaequidens). L’objectif principal était d’initier une possible voie de valorisation de ces espèces par la production d’huile essentielle ; cela permettrait d’une part de limiter la dissémination et d’autre part, de générer un débouché économique.Par ailleurs, nous avons étendu ce travail à Limbarda crithmoides et à six espèces du genre Senecio poussant à l’état spontané en Corse. Une approche chimiotaxonomique réalisée à partir de 180 échantillons d’huiles essentielles du genre Senecio a conduit à différencier les espèces dites halotolérantes (S. aquaticus, S. transiens et S. cineraria) des espèces plus « terrestres » (S. vulgaris, S. angulatus, S. inaequidens, S. serpentinicola et S. lividus). L’étude de la variabilité chimique intraspécifique a permis de mettre en évidence des corrélations entre la composition chimique des huiles essentielles et le polymorphisme des taxons et/ou des facteurs édaphiques. L’étude du genre Senecio a également conduit à la caractérisation de deux nouvelles molécules, l’oxyde d’acétoxybisabolène et le 8-acétoxybisabolène 1,9-diol, isolées de l’huile essentielle de S. transiens (espèce endémique de Corse).D’un point de vue plus appliqué, les mesures des activités anti-radicalaires et anticorrosives des huiles essentielles ont démontré le potentiel de certaines espèces comme sources d’anti-oxydants naturels (notamment, Xanthium italicum et X. spinosum) mais aussi le pouvoir anticorrosif de la cacalohastine, isolée de l’huile essentielle de S. inaequidens (espèce invasive). / The proliferation of invasive species is a global problem. The introduction of exogenous species is after pollution and habitat destruction a major cause of the disappearance of the worldwide plant and animal biodiversity. Corsica is not spare to the phenomenon and every year there are numerous dangerous species which are introduced to the island ecosystem.In this study, we have studied four invasive species of Asteraceae (X. italicum, X. spinosum, S. angulatus and S. inaequidens) from Corsica. The aim of this study is to initiate a possible valuation pathway of these species by production of their essential oils. For this purpose, we investigated the chemical variability of each essential oil and their antioxidant and anticorrosive activities. Then we have extended our investigations to the others species of Senecio genus and to Limbarda crithmoides, anciently parented taxa.GC and GC/MS analysis allowed the identification of 107 and 74 components which accounted for 98.7 and 93.5% of the X. italicum and X. spinosum essential oils, respectively. Essential oils of X. italicum and X. spinosum were dominated by hydrocarbon monoterpenes (66.2%) and oxygenated sesquiterpenes (41.5%), respectively. The same metabolomic pathways seem occur for both species during the vegetative cycle of the plant: oxygenated sesquiterpene-production was higher during the flowering stage. Moreover the study of 25 sample oils of X. italicum and X. spinosum showed that the chemical variability of both essential oils could be linked to morphological characters.A comprehensive work on the chemical variability of 180 sample oils of Senecio was carried out and 251 components were identified. Among them, using mono and bi-dimensional NMR the structures of 8-acetoxybisabolene-1,9-diol and 8-acetoxy-1,9-oxobisabolene, two new components of S. transiens essential oil were described for the first time. Corsican Senecio species exhibited interspecies chemical variability: the halotolerant Senecio species (S. transiens, S. cineraria and S. aquaticus erraticus) were characterized by essential oils dominated by non-terpenic compounds while the so-called “terrestrial” Senecio species (S. angulatus, S. ineaquidens, S. lividus, S. vulgaris and S. serpentinicola) exhibited terpenic component-rich oils. The study of intra-species chemical variability highlighted direct correlations between the plant-production of secondary metabolites and the nature of soils on which S. lividus, S. vulgaris and S. transiens grows. Hence essential oil compositions and morphological polymorphism are indirectly related. In the same way, the chemical variability of S. cineraria essential oils seems to be linked to the geology of the soils while the oil diversity of the invasive S. angulatus, could be linked to the both spots of introduction on Corsica Island. In addition, an original chiral-gas chromatographic method was improved and applied to the main components of the essential oils in order to complement the chemical composition of the Senecio sample oils.Furthermore the originality of Corsican Limbarda crithmoides essential was highlighted by the occurrence of two p-cymenene derivatives, never reported in the related studies from literature. The investigation of 25 Corsican L. crithmoides focuses on a direct correlation between the water salinities of the plant locations and the chemical compositions of the essential oils.Finally the antioxidant activities, anti-free radical and reducing power, were measured on some essential oils of the studied species. Essential oils of the Xanthium genus appeared to be most effectives. In addition, anticorrosion properties of the essential oils were investigated and the best corrosion inhibiting activity was exhibited by those of S. inaequidens . Anticorrosion activity could be attributed to the cacalohastine, a naphtalofuranic component, isolated form the whole essential oil after column chromatography.

Le Parc National de Kahuzi-Biega (PNKB) se localise dans l’Est de la R.D. Congo, à une trentaine des kilomètres au Nord de la ville de Bukavu, (province du Sud-Kivu). Ce parc couvre une superficie de 6.000 km² dont 5.400 km² situés en basse altitude (600-1200 m d’altitude) et 600 km² constituent le secteur de haute altitude occupée par les forêts de montagne (1800-3308 m).<p><p>Depuis environ une décennie, la liane indigène Sericostachys scandens Gilg & Lopr. (Amarantaceae) se répand rapidement dans les forêts de montagne au PNKB. L’extension de cette liane, et ses conséquences supposées sur la biodiversité et la régénération de la forêt inquiètent les gestionnaires du Parc.<p><p>Le travail a examiné trois aspects de l’écologie de l’invasion par S. scandens dans le Parc.<p>Premièrement, on a examiné les traits fonctionnels susceptibles d’expliquer une aptitude élevée à l’invasion chez S. scandens. Une approche comparative avec trois espèces de lianes non envahissantes coexistant dans le même habitat montre que S. scandens présente une allocation de biomasse aux diaspores significativement plus élevée. En plus, elle combine une reproduction sexuée intense et une capacité de reproduction végétative. Cette liane se distingue également des trois autres par un taux de ramification plus élevé. Par contre, les traits foliaires ne sont pas systématiquement différents. De même, le taux de germination des graines de S. scandens ne diffère pas significativement de ceux des autres lianes étudiées. Cependant, il est significativement plus élevé en canopée ouverte qu’en canopée fermée, et en forêt ombrophile qu’en forêt de bambous. L’ensemble des traits qui caractérisent S. scandens peut contribuer à expliquer sa plus grande capacité d’invasion, comparativement aux trois autres lianes.<p>Deuxièmement, on a examiné les attributs des écosystèmes susceptibles de les rendre vulnérables à l’invasion. Les résultats suggèrent que les perturbations favorisent les invasions dans les écosystèmes. Les perturbations (coupes, feu, …) qui ont accompagné les conflits dans la zone du Parc sont, très probablement, le facteur ayant déclenché l’invasion. <p>Enfin, le travail a examiné les impacts de l’invasion sur la biodiversité et la régénération des forêts. Les résultats montrent que, effectivement, S. scandens a un impact négatif, et que cet impact pourrait contribuer à renforcer le succès invasif de S. scandens (feed-back positif).<p><p>Le travail aboutit à des recommandations pour la gestion du Parc. La gestion doit avant tout être préventive, c’est-à-dire i) empêcher de nouveaux déboisements et ii) éliminer S. scandens au tout début de son installation dans un site perturbé.<p> / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished