Depuis plusieurs décennies, les populations font face à des changements environnementaux sans précédent. Afin de répondre à ces changements les espèces peuvent se déplacer vers un autre endroit (c’est la dispersion), répondre aux changements par plasticité phénotypique, ou encore s’adapter par sélection naturelle (c’est la réponse évolutive). Si la dispersion et la plasticité phénotypique permettent une réponse rapide face à un changement environnemental tel que le réchauffement climatique, seule la réponse évolutive permet une adaptation durable. Une réponse évolutive au changement climatique peut être attendue seulement si l'augmentation des températures occasionne une pression de sélection sur un et / ou des traits. Cependant, quantifier les pressions de sélection qui agissent sur les populations naturelles reste difficile, en particulier celles qui accompagnent le changement climatique.Au cours de cette thèse, j'ai cherché à quantifier les pressions de sélection reliées au changement climatique agissant sur une population sauvage de mésange bleue (Cyanistes caeruleus) suivie depuis 26 ans près de Montpellier. Dans un premier temps, j'ai exploré le biais induit par l'autocorrélation spatiale sur l'estimation de la sélection naturelle lorsqu'elle n'est pas prise en compte dans une population sauvage. Dans un deuxième temps, j'ai quantifier l'impact du réchauffement climatique sur la force de sélection agissant sur la date de ponte, un trait fortement relié au succès reproducteur chez la mésange bleue. Cependant, si le changement climatique est caractérisé par une augmentation des températures, il s'accompagne aussi d'une augmentation de la fréquence d'évènements extrêmes climatique (EEC). Dans un troisième temps, je me suis donc attaché à estimer l'influence des températures et des pluies extrêmes sur la force de la sélection naturelle. Concernant l'autocorrélation spatiale, nos résultats ont permit de mettre en avant un biais majeur sur l'estimation de la sélection naturelle lorsqu'elle n'est pas prise en compte. En effet, lorsque la valeur sélective est positivement spatialement autocorrélée, un modèle de sélection non-spatialisé surestimera la force de la sélection naturelle agissant sur les traits. Nous avons donc développé 4 modèles de sélection spatialisés, et nous les avons comparé entre eux sur la base de plusieurs paramètres. De plus, nous avons détecté un fort réchauffement dans notre population qui s'accompagnait d'une augmentation de la force de sélection naturelle agissant sur la date de ponte. En effet, nous avons quantifié une augmentation de 46% de la force de sélection naturelle tout les +1°C de la température maximum du mois d'Avril. Au delà des températures moyennes, nous avons mis en évidence un fort impact négatif de la présence / absence de journées extrêmement chaudes durant l'élevage des oisillons au nid sur le succès d'envol. Plus intéressant encore, ces EECs augmentaient significativement la force de sélection naturelle agissant sur la date de ponte, indépendamment de l'augmentation des températures moyennes.Ainsi, ma thèse a contribué à une meilleure compréhension méthodologique de la sélection naturelle, ainsi que de l'impact sélectif du changement climatique. Le premier chapitre a permit de mettre en évidence un problème méthodologique majeur lorsque on estime la sélection naturelle dans les populations sauvages, ainsi que de proposer des solutions concrètes. Le second chapitre a permit de confirmer l'impact sélectif du changement climatique, laissant entrevoir une possibilité de réponse évolutive au réchauffement. Enfin, le troisième chapitre démontrait la sélection naturelle reliée à l'apparition d'EEC, et en quantifiait les effets, un résultats encore jamais montré. Nous espérons que cette thèse ouvrira la voie à plus d'études explorant l'impact du changement climatique sur la sélection naturelle, permettant peut être de prévoir les réponses évolutives futures. / Global change results in an increase in temperature mean and variability and generates new environmental conditions for wild populations. In order to respond to this new treat, wild populations can move to another place (dispersion), change their behaviour or their phenology (phenotypic plasticity) or respond by evolutionary change (involving changes in alleles frequency). However, phenotypic plasticity or dispersion are unlikely to sustain population responses to climate change over the long term, contrary to the evolutionary response. Wild populations could evolutionary respond to climate change only if the increase in temperature represents a selective pressure on fitness-related traits. Yet, quantifying the selective pressures acting on wild populations remains challenging, especially in response to climate change.During this PhD, I focused on the selection pressures related to climate warming during a 26-year monitoring of blue tits (Cyanistes caeruleus) in southern France. First, I explored the bias inducted by spatial autocorrelation on estimation of natural selection in the wild when it is not taken into account. Second, I quantified the impact of climate warming on natural selection acting on laying date. Along with a rise in mean temperatures, climate change is also characterized by an increase in the frequency of extreme climatic events (ECE). Hence, I finally explored the impact of multiple ECEs such heavy rainfalls and extremes temperatures on the strength of natural selection acting on laying date.Our results showed that spatial autocorrelation is severely biasing our estimation of natural selection in the wild if it is not taken into account. In fact, natural selection is continuously overestimated by a non-explicit spatial model when the fitness is spatially autocorrelated. Hence, we developed 4 spatially-explicit models of selection, and we compared them in order to assess their reliability. Also, we detected a strong warming in our study site, which was correlated with an increase in natural selection strength. In fact, our results indicated an increase in the strength of selection by 46% every +1°C anomalies in maximum April temperature. Beyond this selective impact of the warming trend, we detected an impact of the extreme hot days occurrence during the nestlings stage on the fledglings success. More interesting, these ECEs significantly increased the strength of selection acting on laying date, independently form the mean temperatures.To conclude, my PhD helped to a better understanding of natural selection estimation in the wild, and the selective impact of climate warming. The first part allowed to develop specific models of selection in order to take into account spatial autocorrelation, a universal phenomenon present at any scale. The second part confirmed the selective impact of warming, pointing out a potential evolutionary response to climate change in the future. The last part demonstrated and quantified the selective impact of multiple ECEs, which has not been demonstrated before. We call now for more studies assessing the selective impact of climate warming, which could allow to predict the evolutionary responses in the future.

En écologie évolutive, les comportements de reproduction sont particulièrement intéressants de part leur impact sur le succès reproducteur et donc leur lien étroit avec la valeur sélective individuelle. En s'appuyant sur des suivis individuels à long-terme de populations naturelles d'un rongeur hibernant et d'un oiseau marin migrateur, cette thèse a eu pour objectif 1) de déterminer la présence de sélection de parentèle et le lien entre l'environnement social et la philopatrie chez le spermophile du Columbia (Urocitellus columbianus) et 2) d'estimer le potentiel évolutif de la phénologie de la migration et la reproduction chez la sterne pierregarin (Sterna hirundo).Alors que la dispersion à longue distance a été largement étudiée chez de nombreux taxa, notre compréhension des mouvements au sein d'une colonie, en particulier en tenant compte de l'environnement social, reste limitée. Pourtant l'organisation spatiale des individus apparentés peut être fortement liée à l'évolution de la coopération, qui a pour condition nécessaire la présence de sélection de parentèle. Les travaux de cette thèse montrent que les femelles spermophiles du Columbia coopérant avec des apparentées ont une valeur sélective inclusive plus élevée que les autres femelles, révélant une forte influence de la sélection de parentèle. Les femelles sont fortement philopatriques au sein de la colonie et les mouvements à courte distance semblent liés à un partage de l'espace avec les apparentées. La philopatrie et les ajustements spatiaux permettent une forte proximité entre apparentées, qui est à la base de leur coopération. Ces résultats ouvrent des perspectives prometteuses pour explorer les mécanismes proximaux et ultimes de la coopération, en particulier en lien avec l'évolution des personnalités.Dans le contexte des changements climatiques, de nombreuses études chez les oiseaux documentent un avancement de la phénologie. L'étude d'une population déclinante de sternes pierregarins montrant un retard progressif des dates de ponte soulève l'importance d'évaluer les changements évolutifs attendus ainsi que les contraintes évolutives pour la phénologie de la migration et de la reproduction. Ces travaux montrent une diminution des variances phénotypique et génétique additive de la date d'arrivée de la migration printanière avec l'avancement du stade reproducteur. Ce résultat révèle un cas original de forte sélection passée pour la canalisation d'un trait comportemental, pouvant représenter une contrainte évolutive pour ce caractère. En outre, alors que la phénologie de la reproduction est classiquement considérée comme un caractère femelle-spécifique, l'analyse révèle un effet environnemental indirect du mâle sur la date de ponte, lié à la nécessité d'une synchronisation entre les partenaires pour l'arrivée de la migration printanière. Malgré d'une part l'absence de contraintes génétiques et d'autre part une héritabilité et une variance génétique additive significatives, les changements évolutifs attendus pour des dates de ponte plus précoces sont restreints du fait d'une sélection faible. De même, le potentiel évolutif de la date d'arrivée de la migration est limité. Des recherches futures explorant la plasticité phénotypique et la désynchronisation entre la phénologie des sternes et de leurs proies pourraient expliquer le retard de la phénologie de la reproduction en contraste avec nos prédictions. / In evolutionary ecology, behaviours associated with reproduction are particularly interesting because of their impact on reproductive success, and thus their close link to individual fitness. Using long-term individual monitoring of natural populations of a hibernating rodent and a migratory seabird, the aims of this PhD were 1) to determine presence of kin selection and relationship between social environment and philopatry in Columbian ground squirrels (Urocitellus columbianus) and 2) estimate the evolutionary potential of the migratory and reproductive phenology in common terns (Sterna hirundo).While long-distance dispersal has been well studied in numerous taxa, our understanding of within-colony movements is still limited, particularly with respect to the social environment. However, spatial organization of kin can be strongly related to the evolution of nepotistic cooperation, which requires kin selection as a necessary condition. My studies show that female Columbian ground squirrels that cooperate with kin have higher inclusive fitness, revealing a strong influence of kin selection. Females are strongly philopatric within the colony and short-distance movements seemed to be linked to sharing of space with kin. Philopatry and spatial accommodation promote strong proximity between kin, which is the basis of their cooperation. These results offer promising research perspectives for the exploration of proximate and ultimate mechanisms of cooperation, particularly linked with the evolution of personality.In the context of climate change, numerous studies in birds document advances of avian phenology. The study of a declining population of common terns exhibiting a progressive delay of laying dates indicates the importance of evaluating expected evolutionary changes, as well as constraints on migratory and reproductive phenology. My studies found a decrease of the phenotypic and additive genetic variances in arrival date from spring migration with advancing reproductive stage. This result reveals an original case of strong past selection for canalization of a behavioural trait, perhaps representing an evolutionary constraint. Also, while phenology of reproduction is classically considered a female-specific trait, analyses show an indirect environmental effect of male on laying date, linked to the need of partners to be synchronized when arriving from spring migration. In spite of, on one hand, lack of genetic constraints, and on the other hand, significant heritability and genetic variance, expected evolutionary changes for earlier laying dates are limited due to a weak selection. Similarly, the evolutionary potential of arrival date from spring migration is limited. Future research exploring phenotypic plasticity and the mismatch between the phenology of terns and their prey might explain the delay of the reproduction phenology, in contrast with our expectations.

L'évolution adaptative contribue probablement à l'adaptation des populations à des changements environnementaux rapides, l'observation empirique de nombreux cas d'évolution rapide dans les populations naturelles suivant de forts changements environnementaux abondant en ce sens. Dans cette thèse, je me suis concentrée sur l'estimation du potentiel évolutif d'une population naturelle de hêtre commun (Fagus sylvatica), une espèce à long cycle de vie, subissant des stress hydriques chroniques. Je considère ici une définition du potentiel évolutif dans le sens strict de la capacité d'une population à évoluer ; c'est donc un paramètre directement lié au taux d'évolution futur de la population considérée. Cette thèse a pour but d'apporter des éléments manquants concernant l'étude de l'adaptation chez les arbres, le rôle de l'évolution adaptative dans la capacité des arbres à composer avec les changements environnementaux futurs étant encore largement méconnu.La population étudiée montre un potentiel évolutif important, imputable à divers traits (principalement la phénologie du débourrement végétatif, et le Delta13C) qui présentent une diversité génétique élevée, sont soumis à une forte pression de sélection, et contribuent significativement à la valeur adaptative. Cette thèse appuie donc l'hypothèse selon laquelle l'évolution adaptative jouera un rôle important dans l'adaptation des arbres aux changements environnementaux futurs. Le rôle de la dispersion demeure incertain du fait d'une dispersion du pollen et des graines restreinte, mais également d'indices d'évènements de dispersion à longue distances favorisés par la présence de mortalité densité dépendante. / Adaptive evolution may promote populations' adaptation to rapid environmental changes which is sustained by recurrent empirical demonstrations of rapid adaptive evolution in the wild consecutively to strong environmental changes. In this PhD, I focused on the estimation of the in-situ evolutionary potential of a wild European beech (Fagus sylvatica) population, a long-lived tree species, undergoing chronic water stresses. I here considered the evolutionary potential in the strict sense of “evolvability” i.e. the ability of population to evolve; this parameter is thus directly linked to the rate of future adaptive evolution. This PhD aimed to fill a gap in tree adaptation studies, the role of adaptive evolution in tree populations' ability to cope with future environmental changes remaining largely unresolved.The studied a population displayed a high evolutionary potential because of a strong in-natura genetic variability of some traits and the relevance of these traits in trees adaptation, this PhD support the hypothesis that adaptive evolution is likely to play a key role in trees adaptation to future environmental changes. The role of dispersal remains unclear with apparently very restricted seed and pollen dispersal but also clues of long dispersal events promoted by the occurrence of density-dependent mortality.