Nous avons étudié les mécanismes d’interaction entre le piège du fourmilion, une dépression conique dans le sable, et ses proies. Nous avons identifié un spectre optimal de proies, pesant environ 2 à 3 mg, par une expérience d’écologie comportementale sur des fourmis. Les proies plus petites et plus grosses sont moins capturées, pour des raisons différentes. Nous avons également découvert que la compacité du milieu granulaire où les fourmilions construisent influence la probabilité de capture. Le piège garde donc en mémoire l’état du milieu, avec des conséquences sur l’alimentation du prédateur. / We studied the interactions between an antlion pit, a conical depression in sand, and its prey. We identified an optimal range of prey size with a behavioural ecology experiment with ants. Prey that are lighter or heavier are less captured, for different causes, than prey of around 2 and 3 mg. We also found that the compaction of the granular medium where antlion built impacts on the probability of capture of prey. The pit so has a memory of the initial state of the immediate soil environment, with consequences for the predator success.

En combinant des approches empiriques et expérimentales, nous avons évalué les effets de trois composantes du changement climatique sur la biodiversité aquatique alpine: le recouvrement glaciaire, le gradient altitudinal et la température de l'eau. Nous avons montré que: 1) Les niveaux intermédiaires de recouvrement glaciaire génèrent une hétérogénéité environnementale élevée associée à une plus grande diversité locale du zooplancton. 13% de la diversité régionale est limitée aux tourbières aux bassins fortement englacés, et pourrait être amenée à disparaître avec le réchauffement. 2) Les filtres environnementaux et spatiaux impactent fortement la structuration des communautés de zooplancton, avec une influence probable des évènements stochastiques (sécheresse, inondation). 3) La température de l'eau n'a que peu d'influence sur les interactions prédateurs (Anax imperator)- proies (Daphnia magna), la probabilité de capture des proies semblant dépendre principalement de la précision du prédateur. Ce travail suggère une structuration multiéchelle des potentiels effets du changement climatique sur la biodiversité aquatique alpine. / Using empirical and experimental approaches, we assessed the effects of three components of climate change on alpine aquatic diversity: glacier’ influence, elevation, and temperature. We found that: 1) intermediate levels of glacial influence on peatland’s catchment resulted in a high environmental heterogeneity and high local zooplankton diversity. Thirteen percent of the total regional aquatic diversity was restricted to peatlands with a high percentage of glacial influence. This diversity might be lost in a context of glacial retreat and a future increasing warming. 2) environmental and spatial filters contributed significantly to the zooplankton community structure at higher spatial scales and the important role of the environmental filter at small spatial scale, likely influenced by disturbance events (e.g. droughts and floods) 3) water temperature did not influence on the prey-predation interaction between Anax imperator and Daphnia magna, and the predator’s capture probability mainly depended on the precision of the predator in capturing the prey. This work suggests that there is a multi-scale structure of the potential effects of climate change on alpine aquatic diversity.

Du fait de l’isolement géographique de l’océan austral et des conditions météorologiques qui y règnent, la collecte de données océanographiques par les moyens conventionnels est particulièrement couteuse dans cette région du globe. Pour pallier à ces difficultés, l’utilisation d’enregistreurs électroniques embarqués sur des prédateurs marins, et notamment sur les éléphants de mer austraux, s’est révélée être une approche intéressante. Les femelles éléphants de mer s’alimentent en grande partie de petits poissons méso-pélagiques bioluminescents, les myctophidés. Leur forte abondance et leur comportement de migration nycthémérale confèrent à ces organismes un rôle écologique de première importance dans l’océan austral. Cependant, la distribution spatiale des proies de l’éléphant de mer, et les processus physiques et biologiques qui influent sur la dynamique de cette distribution sont encore mal connus. Cette thèse se propose d’enquêter sur ces sujets à partir des données à haute fréquence d’échantillonnage collectées par des femelles éléphants de mer. L’analyse du comportement de plongée des femelles éléphants de mer, en relation avec les variations du taux de rencontre de proie dont les données d’accélération permettent d'avoir une estimation, est au cœur des différents travaux développés dans cette thèse. Les résultats obtenus suggèrent notamment, (1) une diminution de l’abondance des proies avec la profondeur ainsi qu’une homogénéisation de leur distribution, (2) une distribution en couches de cette ressource, (3) l’intervention de contraintes verticales délimitant l’étendue verticale de ces couches et ainsi capable de moduler leur densité, (4) au sein des couches, une dispersion relativement importante des proies en comparaison de la portée des capacités de perception du prédateur, et enfin (5) un rôle significatif des tourbillons méso-échelle et de leur bordure sur la structuration de la distribution des ressources alimentaires de l’éléphant de mer durant l’été austral. / Because of the remoteness and harsh meteorological conditions of the southern ocean, data sampling is more costly in this area. Use of electronic devices attached to marine predators (Bio-logging), such as southern elephant seals, has emerged as an interesting approach to cope with this problem. Female southern elephant seals primarily feed on small bioluminescent meso-pelagic fishes called myctophids. Because of their large abundance and of their diel vertical migration behaviour, these organisms have a major ecological importance in the southern ocean. However, the spatial distribution of the elephant seals prey, as well as the bio-physical processes affecting the dynamics of this distribution, are still poorly known. This thesis intends to investigate this issue using high sampling frequency bio-logging data collected by female southern elephant seals. This work is based on the analysis of elephant seals diving behaviour in relation to changes in the occurrence of prey encounter events detected from acceleration data. Our results suggest that (1) prey abundance decreases with depth and that their distribution tend to standardize, (2) prey are distributed into layers, (3) vertical constraints could modulate the prey density by acting on the vertical spread of these layers, (4) prey items are well dispersed in comparison to the perception range of elephant seals, and finally (5) that meso-scale eddies, notably their edges, play a structuring role in the prey distribution during the austral summer.

Les habitats côtiers à fonds meubles sont essentiels dans le cycle de vie de nombreuses espèces de poissons. Ces habitats ont pour caractéristique d’être peu étendus mais sont aussi très productifs et jouent à ce titre un rôle de nourricerie pour les juvéniles de poissons bentho-démersaux. Les fortes abondances de proies semblent être l’une des raisons principales de la présence des juvéniles au sein de ces habitats. Bien que déjà étudié, le caractère limitant de la nourriture disponible fait toujours l’objet de débats dans la communauté scientifique. Une des raisons principales est que l’étude des milieux côtiers est rendue complexe par la diversité des facteurs entrant en jeu dans le développement des jeunes stades de poissons. A partir du cas d’étude de la baie de Vilaine, une des nourriceries les plus productives du golfe de Gascogneles recherches menées dans cette thèse visent à définir le rôle du facteur alimentaire dans l’organisation de la nourricerie et dans sa capacité à soutenir le développement des juvéniles de poissons. Le fil conducteur de cette thèse est donc de déterminer si le facteur alimentaire limite la production de juvéniles. Les résultats montrent une forte exploitation de la production alimentaire ainsi qu'une superposition spatiale entre les densités de juvéniles de poissons et de leurs proies. La cohérence de ces résultats tend à soutenir l'hypothèse que la capacité d'accueil de la baie de Vilaine est atteinte et donc que le facteur alimentaire est limitant. Les implications de ce mécanisme de régulation sur la dynamique des populations nourricer / Soft sediment coastal habitats are essential in the life cycle of numerous fishes. These habitats are spatially-limited but very productive, and play a key role of nursery for the juveniles of benthic and demersal fishes. High abundance of prey seems to be one of the main reasons of the presence of juvenile fish within these habitats. Although widely studied, the limiting aspect of the feeding factor is still debated in the scientific community. One of the main reasons is that studying coastalhabitats is complex because numerous factors influence the development of the first life stages of fish. From the study case of the Bay of Vilaine, one of the most productive nurseries of the Bay of Biscay, research conducted in this thesis aims to define the role of the feeding factor in the organisation of the nursery and in its capacity to support the development of juvenile fish. The common thread of this thesis is thus to determine if the feeding factor limits the juvenile fish production. The results show a strong exploitation of the food production by the juvenile fish community and a spatial match between the densities of juvenile fish and their prey. The consistency of these results tends to support that the hypothesis that the carrying capacity of the Bay of Vilaine is reached, and that the feeding factor is limiting. The consequences of this regulation process on the dynamics of nursery-dependent fish populations are discussed.

L’agroécologie offre de nouvelles perspectives à l’agriculture et ainsi une voie vers une gestion alternative des adventices à travers différents mécanismes écosystémiques de régulation. La prédation des graines est l’un d’entre eux et son étude fait depuis peu l’objet de recherches visant à approfondir les connaissances relatives à ce processus. Ce travail de thèse cherche (i) à caractériser la prédation des graines d’adventices, les principaux prédateurs Carabidæ et la ressource en graines disponible à l’échelle locale dans une culture courante (blé d’hiver); (ii) à étudier précisément les profils de prédation des principaux prédateurs et les interactions entre les composantes biologiques impliquées; (iii) à introduire des éléments de réponse relatifs au potentiel de régulation des communautés d’adventices via la prédation des graines par les Carabidæ. Des approches complémentaires ont été utilisées afin de répondre à ces problématiques : un suivi à long terme de terrain, des tests de préférences en laboratoire, une simulation des taux de prédation à long terme à partir des données ponctuelles ainsi qu’une étude à grande échelle des prédateurs et du stock de graines.L’étude des variations spatio-temporelles de la prédation via un dispositif de terrain durant la période d’activité des prédateurs a mis en évidence trois pics de prédation dont un seul correspond au pic de prédateurs (avant la moisson). La ressource en graines disponible au sol est quant à elle présente majoritairement lors du premier et du dernier pic de prédation, et aucune augmentation de ressource n’a été observée après moisson. Ces dynamiques semblent stables, restant valables indépendamment de l’échelle spatiale (intra ou interchamp) et des espèces carabiques et adventices étudiées.Toutes les espèces adventices ne font pas l’objet de la même intensité de prédation, et de manière générale, les graines de petites tailles ont été préférentiellement prédatées, au champ comme en test de cafétéria au laboratoire. Cependant, les espèces carabiques semblent avoir des profils de prédation différents entre guildes trophiques, ainsi qu’au sein d’une même guilde. De ce fait, la prise en compte des préférences de consommation dans l’étude des relations prédation-prédateurs tout comme la combinaison des données prédateurs et graines disponibles permet parfois d’améliorer les corrélations, notamment pour les espèces les plus prédatées.Une simulation de la prédation annuelle suggère des pertes en graines dues à la prédation non négligeables, pouvant atteindre pour l’espèce la plus prédatée, ici Viola arvensis, jusqu’à près de 80% des graines disponibles. En parallèle, une étude à grande échelle de l’évolution du stock de graines montre une corrélation négative entre prédateurs et évolution de la banque de graines, suggérant une régulation de la banque de graines via les prédateurs carabiques.L’ensemble de ces résultats suggère que prendre en compte la diversité fonctionnelle des communautés de prédateurs et d’adventices est un point important dans la compréhension de la prédation compte tenu des préférences de consommation des prédateurs et des dynamiques temporelles des différents acteurs. / Agroecology gives evidence of new perspectives in agriculture, and open doors for alternative weed management approaches through different regulation mechanisms. Seed predation is one of them, and the interest is growing to deepen knowledge, relative to this process. This Phd work aims (i) to describe weed seed predation, the dominant carabid predators and the available resource at a local scale in a common crop (winter wheat); (ii) to study predation profiles of main predators, and the pair-wise correlations between the biological components of the system; (iii) to bring new insights regarding potential regulation of weed communities, through seed predation by carabid beetles. Complementary approaches have been used to tackle these aspects: a long-term field study, some cafeteria tests, a simulation of annual predation rates from point-to-point estimates, as well as a large-scale field study of predators and seed resource. Study of spatio-temporal variations of predation, via field experiment during the main activity period of carabids, has shown a three-peak pattern, one of them corresponding to predators’ peak, just before harvest. Weed resource available on soil surface is high in the first and last peaks of predation, and no increase of resource has been observed after harvest. These dynamics are independent of the spatial scale (intra or inter-field) and carabid species. The different weed species do not show the same levels of predation, and, as a whole, small-seeded species are more eaten, in both lab and field conditions. However, carabids have different preferences among trophic guilds, but also within a same guild. Therefore, in order to study predation, it is essential to combine predators and seed data, as well as considering preferences of predators. A simulation of annual seed predation shows important rates of seed loss, reaching up to 80% for the most predated species, V.arvensis. A large scale study of seed bank shows a negative correlation between predators’ activity density and seed bank change, assuming that there is a seed bank regulation by carabid predators. All together, these results show that functional diversity of predators’ and weeds’ communities is a key factor in understanding predation.

The Eurasian spruce bark beetle Dendroctonus micans is a major pest of spruce which is expanding its range in France, Turkey, England and Wales. Its monospecific predator Rhizophagus grandis has followed naturally the bark beetle into most areas and, since the 1960s, has also been mass-produced and successfully released within newly infested locations. <p>In this scope, the development of an effective trapping method would be very useful to assess the bark-beetle presence at previously uninfested sites, or predator establishment after release or natural spread. We demonstrated the efficiency of oxygenated monoterpenes-baited kairomone traps to monitor R. grandis in various epidemiological conditions, including areas localized behind or at the limit of the pest’s distribution, or in areas where artificial releases were performed. Because the predator is strictly species-specific, another exciting possibility offered by the kairomone trapping is the indirect monitoring of the pest itself in areas of unknown status (e.g. areas under colonization, or considered as at risk at medium- term).<p>R. grandis is also considered as one of the most valuable natural enemies to strike aggressive North-American Dendroctonus species. In this respect, R. grandis has been recently applied in a neo-classical biological program against the red turpentine beetle D. valens, which invaded China from North America in the late 1990’s. In laboratory tests conducted on pine logs in the laboratory, or on living pine trees in the field, we demonstrated that R. grandis adults can successfully enter and reproduce into D. valens galleries. <p>In Europe, R. grandis is the only species regularly found in the brood systems of D. micans, where adults and larvae attack the gregarious larvae of their prey. In such enclosed systems, R. grandis’ functional response is therefore influenced by various interrelated components, such as the prey density, the predator density, or the prey distribution. Measuring the predator’s success in terms of larval survival and growth rates, we demonstrated the time spent by R. grandis larvae to wound and kill their prey to be the main factor limiting their development. This factor may be considerably influenced by the proportions of diseased, wounded or molting prey rise in the brood system, for instance as a result of an increase in prey density, or due to the presence of conspecific adults (which wound their prey but do not consume them entirely). Furthermore, our tests suggest that no cannibalism or noticeable intraspecific competition occurred between R. grandis larvae, whereas some lighter mode of competition probably took place. <p>R. grandis also exhibits a reproductive numerical response to prey density, which mainly relies on the perception of chemical stimuli and inhibitors released in the bark beetle brood system. In the current study, we developed a non-destructive approach to follow the dynamics of volatile compound production, using sequential sample collection on SPME fibers. Our tests demonstrated that the larval activity of D. micans or D. valens strongly influences the release of some oxygenated monoterpenes. However, our attempts to correlate the relative quantities of some identified chemicals to offspring production were less successful as it concerns the identification of potential oviposition stimuli and inhibitors. <p>The problematic rose by the progression of D. micans, as well as detailed results of each of the described above studies are discussed in the two published papers and the three manuscripts forming this thesis. Bringing all these studies together, several perspectives are also presented in the general discussion. <p>/<p>Ravageur des épicéas, Dendroctonus micans est toujours en voie d’extension en France, en Turquie, en Angleterre et au Pays de Galles. Dans la plupart de ces zones, le dendroctone est accompagné de manière naturelle par son prédateur monospécifique, Rhizophagus grandis. Depuis les années 1960, le prédateur a également fait l’objet d’une production de masse et de programmes de lâchers dans les zones d’arrivée récente du scolyte.<p>Dans le cadre de la lutte biologique contre D. micans, les gestionnaires forestiers doivent donc estimer au plus tôt la présence du ravageur dans des zones jusque là indemnes, mais également vérifier l’établissement du prédateur par progression naturelle ou résultant d’introductions délibérées. Dans la présente étude, nous avons démontré l’efficacité de pièges d’interception appatés à l’aide de monoterpènes oxygénés pour la capture de R. grandis. Celle-ci s’est faite dans différentes conditions épidémiologiques, incluant notamment des zones situées en arrière du front de progression du scolyte et des zones où des lâchers artificiels ont été réalisés. Comme R. grandis est strictement inféodé au dendroctone, un autre avantage de la technique est la possibilité de réaliser un dépistage indirect du ravageur dans les zones où son statut est incertain (zones en cours de colonisation, ou considérées comme à risque à moyen terme).<p>Par ailleurs, R. grandis est également considéré comme un des meilleurs ennemis naturels potentiels pour lutter contre d’autres espèces de Dendroctonus aggressifs. Dans cette optique, R. grandis a été récemment utilisé dans un programme de lute biologique contre D. valens, ravageur invasif arrivé en Chine dans la fin des années 1990 en provenance d’Amérique du Nord. Nous avons démontré la capacité de R. grandis à s’introduire et à se reproduire dans les galeries de D. valens lors de tests de laboratoire, mais aussi sur des arbres vivants en pinèdes. <p>En Europe, R. grandis est strictement inféodé aux galeries de D. micans, où larves et adultes du prédateur s’attaquent aux larves grégaires du scolyte. Dans ce système clos, la réponse fonctionelle de R. grandis est influencée par plusieurs facteurs étroitement corrélés, la densité de proies, la densité de prédateurs, et la distribution des proies. En mesurant l’efficacité de prédation de R. grandis en termes de survie des larves et de taux de croissance, nous avons démontré l’influence sur leur développement du temps passé par les larves à blesser et à tuer leurs proies. Ce facteur est par ailleurs fortement dépendant de la proportion de larves malades, blessées ou en cours de mue au sein du système ;une proportion qui peut augmenter en réponse à une augmentation de la densité de proies, ou lorsque des adultes sont présents (ceux-ci blessent les proies mais ne les consomment pas entièrement). Enfin, nos tests suggèrent qu’il n’existe que peu de cannibalisme ou de compétition intraspécifique entre larves de R. grandis, tandis que des modes de compétition moins importants prennent vraisemblablement place.<p>R. grandis présente également une réponse numérique reproductive à la densité de proies disponibles, principalement basée sur la perception de stimuli et d’inhibiteurs présents dans les galeries du scolyte. Par la collecte de composés volatils présents dans ces systèmes à l’aide de fibres SPME, nous avons développé une méthode non-destructive pour suivre la dynamique de production des médiateurs chimiques. Nos tests ont démontré que l’activité des larves de D. micans ou D. valens influence fortement la dynamique de production de certains monoterpènes oxygénés. En revanche, il n’a pas été été possible de corréler les différents composés identifiés au nombre de larves de R. grandis présentes dans le système. <p>La problématique soulevée par la progression de D. micans, de même que les résultats détaillés de chacune des études décrites ci-dessus sont discutés dans les deux papiers publiés et les trois manuscrits formant cette thèse. Les différentes perspectives apportées par ce travail sont également présentées dans la discussion générale.<p> / Doctorat en Sciences agronomiques et ingénierie biologique / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Le caribou forestier est une espèce menacée au Canada, la principale hypothèse au déclin des populations étant l’intensification de la prédation provoquée par les perturbations anthropiques du paysage. Afin de faire face à cette situation, il est nécessaire d’étudier et comprendre l’impact de l’environnement sur les interactions prédateur-proies entre le caribou et le loup, ainsi qu’avec l’orignal, qui est sa principale proie alternative. Pour cela, cette thèse présente la conception d’un modèle centré sur l’individu des déplacements de ces trois espèces en fonction de leur environnement, dont résulteront les interactions prédateur-proies. Afin de permettre l’application de ce modèle sur de longues périodes, et donc pour un environnement changeant, une méthodologie a été développée, qui s’articule atour de deux aspects principaux. Tout d’abord, la notion de niveaux d’émergence est introduite, permettant d’ordonner les comportements observables du système selon leurs interdépendances, afin de choisir comme trait du modèle un com- portement correspondant au domaine d’applicabilité visé. Ordonner les comportements selon leurs niveaux d’émergence permet également d’identifier la redondance entre les patrons, qui peut être à l’origine d’un phénomène de sur-apprentissage lorsqu’ils sont utilisés lors de la calibration. Dans un second temps, un nouveau protocole pour la calibration et la validation du ou des traits choisis à l’aide des niveaux d’émergence, nommé réplication de système basé sur l’individu (Individual Based System Replication - IBSRtion) est également présenté. Ce protocole met l’emphase sur la modélisation directe, contrairement au principal protocole existant, la modélisation orientée patrons (Pattern Oriented Modelling - POM), et permet une approche empirique en générant artificiellement des données non disponibles ou ne pouvant être récoltées par des études de terrains. IBSRtion a également l’avantage de pouvoir être intégrée dans POM, afin de contribuer à la création d’une méthodologie universelle pour la conception de modèles centrés sur l’individu. Le processus de conception de ce modèle aura entre autre permis de faire une synthèse des connaissances et d’identifier certaines lacunes. Une étude visant à palier le manque de connaissances satisfaisantes sur les réponses comportementales à court-terme des proies face au risque de prédation a notamment permis d’observer que celles-ci sont une combinaison de comportements chroniques et éphémères, et que les mécanismes qui en sont à l’origine sont complexes et non-linéaires. Le résultat de ce travail est un modèle complexe utilisant de nombreux sous-modèles, et calibré de façon empirique, applicable à une grande variété d’environnements. Ce modèle a permis de tester l’impact de l’enfeuillement sur les relations prédateur-proies. Des simulations ont été effectuées pour différentes quantités d’enfeuillement, suivant deux configurations spatiales différentes. Les résultats de simulation suggèrent que des plans d’aménagement considérant également l’habitat de l’orignal pourraient être bénéfiques pour le caribou forestier, car ils permettraient d’améliorer la ségrégation spatiale entre les deux espèces, et donc entre le caribou et le loup. En le couplant avec un module de naissances et de morts naturelles ainsi qu’un modèle d’évolution du paysage, ce modèle permettra par la suite d’évaluer l’impact de plans d’aménagement forestier sur la viabilité des populations de caribou forestier. / Forest-dwelling woodland caribou are considered threatened in Canada. The main hypothesis to the decrease of populations is the intensification of predation provoked by anthropogenic perturbations in the landscape. To deal with this situation, it is necessary to study and to understand the impact of the environment on the predator-prey interactions between the caribou and the wolf, and with the moose, its main alternative prey. In this perspective, this thesis presents the design of an individual-based model of displacements of these three species with respect to their environment, from which the predator-prey interactions will result. To allow for the application of this model for long periods of time, i.e. for changing environments, a methodology has been developed, which is based on two key points. First, the notion of levels of emergence is introduced, allowing to order the different observable comportments of the system according to their inter-dependencies, to help with choosing a trait of the model corresponding to the intended domain of applicability. Ordering the comportments according to their levels of emergence also permits to identify redundancy between patterns, which can lead to over-fitting when they are used for calibration. Second, a new methodology for calibration and validation of the trait(s) chosen by means of the levels of emergence framework is also presented, named Individual Based System Replication (IBSRtion). This protocol emphasizes forward modelling, contrary to the main existing methodology, Pattern Oriented Modelling (POM), and allows to use an empirical approach by artificially generating data that are unavailable or that cannot be obtained by means of field studies. IBSRtion can also be integrated into POM, to contribute to the establish- ment of a universal methodology for the design of individual based models. The design process of this model allowed for a synthesis of existing knowledge and to point out some gaps. More specifically, a study conducted to deal with the lack of sufficient information on the short-term response of prey to predation risk allowed to observe that their behavioural responses to prior presence of predators are a combination of chronic and ephemeral behaviours, and that the mechanisms that produce them are complex and non-linear. The outcome of this work is a complex model, using many sub-models, and calibrated in an empirical fashion, that can be applied to a wide variety of environments. This model allowed to test the impact of the encroachment of deciduous trees on predator-prey relations. Simulations have been run for different quantities of encroachment, according to two different spatial configurations. Simulation results suggest that management plans taking into account the moose’s habitat might benefit woodland caribou, because they could increase spatial segregation between the two species, and thus between caribou and wolf. Coupling this model with a module of birth and natural death, along with a model of landscape transformation, would allow the assessment of the impact of different forest management plans on the viability of woodland caribou populations.

Dans cette thèse nous regardons plusieurs modèles de populations structurés s’écrivant à l’aide d’équations de transport. Le caractère bien posé ainsi que la positivité des solutions sont montrés de manière systématique au sens des sémiologues dans un cadre L1. Un premier travail est consacré à un système de type proie prédateur structuré en âge. Une étude de stabilité des équilibres nous permet de formuler explicitement un seuil un seuil d’extinction ainsi qu’in seuil pouvant amener à l’explosion des populations. On obtient numériquement la possibilité d’un cycle limite ainsi que la convergence vers un équilibre de coexistence des populations. Dans un cas particulier, ce modèle se réécrit comme un système différentiel à retard. A l’aide de fonctionnelle de Lyapunov, on montre la stabilité globale de cet équilibre sous certaines conditions. On étudie également 2 modèles structuré en taille, issus de la dynamique cellulaire. L’un est composé de deux équations de transport où la cellule peut être soit prolifèrent soit quiescente ; et le deuxième est une équation de type transport/ diffusion avec des conditions aux bords FELLER. On vérifie à chaque fois l’irréductibilité du semi groupe puis des arguments de faibles capacité L1 nous donne l’existence d’un « gap spectral » sous certaines conditions. On démontre ainsi dans certains cas la croissance exponentielle asynchrone du semi groupe / This thesis is dedicated to some structured populations models described with transport or transport-diffusion equations. The well-posedness, in the semigroupes setting in L1 and the positivity of the solutions are systematically shown. A first work is dedicated to an age-structured predator/prey system. A stability study of the equilibria allow us to give explicit formulations of an extinction threshold and an threshold which can lead to explosion of solutions. We numerically obtain the possibility to get a limit cycle and the convergence to a coexistence equilibrium of the populations. In a specific case, this model rewrites as a delay differential system. Using Lyapunov functional, we show the global stability of this equilibrium under some assumptions. We also study two size-structured models that come from cellular dynamics. The first one consists on two transport equations, where the cell can either proliferate or be quiescent, and the second one is a transport-diffusion equation with Feller boundary conditions. The irreducibility of the semigroup governing this latter model is always satisfied using the Hopf maximum principle. However, the irreducibility for the first model is true only under a necessary and sufficient condition that we give. We also show for these two models, using some weak compactness arguments in L1, the existence of a `spectral gap' (essential type strictly less than the type) ensuring the asynchronous exponential growth of the semigroup.

Le caribou forestier est une espèce menacée au Canada, la principale hypothèse au déclin des populations étant l’intensification de la prédation provoquée par les perturbations anthropiques du paysage. Afin de faire face à cette situation, il est nécessaire d’étudier et comprendre l’impact de l’environnement sur les interactions prédateur-proies entre le caribou et le loup, ainsi qu’avec l’orignal, qui est sa principale proie alternative. Pour cela, cette thèse présente la conception d’un modèle centré sur l’individu des déplacements de ces trois espèces en fonction de leur environnement, dont résulteront les interactions prédateur-proies. Afin de permettre l’application de ce modèle sur de longues périodes, et donc pour un environnement changeant, une méthodologie a été développée, qui s’articule atour de deux aspects principaux. Tout d’abord, la notion de niveaux d’émergence est introduite, permettant d’ordonner les comportements observables du système selon leurs interdépendances, afin de choisir comme trait du modèle un com- portement correspondant au domaine d’applicabilité visé. Ordonner les comportements selon leurs niveaux d’émergence permet également d’identifier la redondance entre les patrons, qui peut être à l’origine d’un phénomène de sur-apprentissage lorsqu’ils sont utilisés lors de la calibration. Dans un second temps, un nouveau protocole pour la calibration et la validation du ou des traits choisis à l’aide des niveaux d’émergence, nommé réplication de système basé sur l’individu (Individual Based System Replication - IBSRtion) est également présenté. Ce protocole met l’emphase sur la modélisation directe, contrairement au principal protocole existant, la modélisation orientée patrons (Pattern Oriented Modelling - POM), et permet une approche empirique en générant artificiellement des données non disponibles ou ne pouvant être récoltées par des études de terrains. IBSRtion a également l’avantage de pouvoir être intégrée dans POM, afin de contribuer à la création d’une méthodologie universelle pour la conception de modèles centrés sur l’individu. Le processus de conception de ce modèle aura entre autre permis de faire une synthèse des connaissances et d’identifier certaines lacunes. Une étude visant à palier le manque de connaissances satisfaisantes sur les réponses comportementales à court-terme des proies face au risque de prédation a notamment permis d’observer que celles-ci sont une combinaison de comportements chroniques et éphémères, et que les mécanismes qui en sont à l’origine sont complexes et non-linéaires. Le résultat de ce travail est un modèle complexe utilisant de nombreux sous-modèles, et calibré de façon empirique, applicable à une grande variété d’environnements. Ce modèle a permis de tester l’impact de l’enfeuillement sur les relations prédateur-proies. Des simulations ont été effectuées pour différentes quantités d’enfeuillement, suivant deux configurations spatiales différentes. Les résultats de simulation suggèrent que des plans d’aménagement considérant également l’habitat de l’orignal pourraient être bénéfiques pour le caribou forestier, car ils permettraient d’améliorer la ségrégation spatiale entre les deux espèces, et donc entre le caribou et le loup. En le couplant avec un module de naissances et de morts naturelles ainsi qu’un modèle d’évolution du paysage, ce modèle permettra par la suite d’évaluer l’impact de plans d’aménagement forestier sur la viabilité des populations de caribou forestier. / Forest-dwelling woodland caribou are considered threatened in Canada. The main hypothesis to the decrease of populations is the intensification of predation provoked by anthropogenic perturbations in the landscape. To deal with this situation, it is necessary to study and to understand the impact of the environment on the predator-prey interactions between the caribou and the wolf, and with the moose, its main alternative prey. In this perspective, this thesis presents the design of an individual-based model of displacements of these three species with respect to their environment, from which the predator-prey interactions will result. To allow for the application of this model for long periods of time, i.e. for changing environments, a methodology has been developed, which is based on two key points. First, the notion of levels of emergence is introduced, allowing to order the different observable comportments of the system according to their inter-dependencies, to help with choosing a trait of the model corresponding to the intended domain of applicability. Ordering the comportments according to their levels of emergence also permits to identify redundancy between patterns, which can lead to over-fitting when they are used for calibration. Second, a new methodology for calibration and validation of the trait(s) chosen by means of the levels of emergence framework is also presented, named Individual Based System Replication (IBSRtion). This protocol emphasizes forward modelling, contrary to the main existing methodology, Pattern Oriented Modelling (POM), and allows to use an empirical approach by artificially generating data that are unavailable or that cannot be obtained by means of field studies. IBSRtion can also be integrated into POM, to contribute to the establish- ment of a universal methodology for the design of individual based models. The design process of this model allowed for a synthesis of existing knowledge and to point out some gaps. More specifically, a study conducted to deal with the lack of sufficient information on the short-term response of prey to predation risk allowed to observe that their behavioural responses to prior presence of predators are a combination of chronic and ephemeral behaviours, and that the mechanisms that produce them are complex and non-linear. The outcome of this work is a complex model, using many sub-models, and calibrated in an empirical fashion, that can be applied to a wide variety of environments. This model allowed to test the impact of the encroachment of deciduous trees on predator-prey relations. Simulations have been run for different quantities of encroachment, according to two different spatial configurations. Simulation results suggest that management plans taking into account the moose’s habitat might benefit woodland caribou, because they could increase spatial segregation between the two species, and thus between caribou and wolf. Coupling this model with a module of birth and natural death, along with a model of landscape transformation, would allow the assessment of the impact of different forest management plans on the viability of woodland caribou populations.

Rhizophagus grandis is one of the rare examples of totally specific predators: it only preys upon the bark beetle Dendroctonus micans in its native range (Europe and Asia). In the course of coevolution in such predator-prey systems, prey are selected for avoidance and resistance mechanisms against predators. Previous laboratory trials suggested that R. grandis could lay more eggs in presence of exotic prey species with an ecology similar to that of D. micans, but which could not evolve resistances against this predator, such as the North American parasitic bark beetles D. punctatus and D. valens. The specificity of the association R. grandis-D. micans is thought to depend on chemical signals (kairomones) used by the predator to find a gallery of its prey and to adjust its oviposition to the number of prey larvae available inside. However, the exact nature of the chemical signals regulating R. grandis’ oviposition is still unknown. While these signals seem specific in nature, stimulation of the predator’s oviposition by exotic prey species suggests that specificity may be constrained by geography. Unlike most bark beetles, which kill living trees or feed on dying trees, D. micans completes its development on healthy trees as a true parasite. This niche is highly defended by tree toxicants (terpenes among others) to which both D. micans and R. grandis are resistant. Insects possess their own detoxification processes, but they may also rely on symbiotic microorganisms (bacteria and fungi) to contend with the specific constraints of their niche. In comparison to other bark beetles, microbial communities of parasitic bark beetles are yet poorly known, as in the case of D. micans and D. punctatus. Apart from detoxification, insect symbionts may provide nutritional supplementation, protection against pathogens, or components of the chemical communication, which affect the hosts as well as partners of the tritrophic relationship tree-bark beetle-natural enemies. The system R. grandis-D. micans is a unique opportunity to study several aspects of this coevolution which are poorly understood to date. The objectives of this thesis were:- (1) the comparison of the oviposition performances of R. grandis on the specific prey D. micans, and on the exotic prey D. punctatus and D. valens, in order to emphasize possible prey resistance mechanisms; - (2) the identification of the chemical signals regulating R. grandis’ oviposition, and the evaluation of their role in the specificity of the association with D. micans, in presence of the exotic prey D. punctatus and D. valens; - (3) the characterization of the bacterial and fungal communities associated with non-aggressive populations of the bark beetles D. micans, D. punctatus and D. valens, and investigating how these microbial symbionts may affect bark beetle hosts in respect of their ecology as well as the tritrophic relationship tree-bark beetle-natural enemies. Our results show that R. grandis laid equivalent numbers of eggs with the native prey D. micans and with the exotic prey D. punctatus and D. valens, which could illustrate that R. grandis’ specificity is constrained by geography but which does not emphasize possible prey resistance mechanisms against the long-standing predator. We identified robust candidates to the stimulation and inhibition of R. grandis’ oviposition which should be confirmed in bioassays. Finally, we report that the bacterial and fungal communities of non-aggressive populations of D. micans, D. punctatus and D. valens are mainly composed of widespread environmental Enterobacteria and yeasts, and we discuss the various ways they may influence bark beetle hosts in respect of their life histories including the attacked trees and their natural enemies. Overall, this thesis illustrates the need to encompass all levels of complexity, from prey symbionts and semiochemicals to predators, to study systems like R. grandis-D. micans. / Rhizophagus grandis est un des rares exemples de prédateurs totalement spécifiques :présent en Europe et en Asie, il se nourrit exclusivement du scolyte Dendroctonus micans. Dans de telles associations, la coévolution prédateur-proie mène à la sélection de mécanismes d’évitement ou de résistance chez la proie, contre le prédateur. De précédentes observations en laboratoire ont suggéré que R. grandis pouvait pondre davantage d’œufs en présence de proies exotiques d’écologie comparable à celle de D. micans, mais qui n’auraient pu développer de résistance à l’encontre de ce prédateur, à l’instar des scolytes parasitiques nord-américains D. punctatus et D. valens. Il semble que la spécificité de l’association R. grandis-D. micans repose sur des signaux chimiques (kairomones) qui permettent au prédateur de repérer les galeries de sa proie et d’y ajuster le nombre d’œufs déposé à la quantité de larves de proies disponible. Néanmoins, on ignore encore la nature exacte des signaux régulant l’oviposition de R. grandis. Le fait que l’oviposition soit stimulée par des proies exotiques indique que la spécificité de cette association pourrait être limitée par des barrières géographiques. Contrairement à la plupart des scolytes qui tue des arbres ou s’attaque à des arbres mourants, D. micans se développe intégralement sur des arbres en bonne santé, en véritable parasite. Cette niche est fortement défendue par les composés toxiques de l’arbre (en particulier les terpènes), auxquels à la fois D. micans et R. grandis sont résistants. Certains insectes possèdent leurs propres processus de détoxification, mais ils peuvent également bénéficier de l’aide de microorganismes symbiotiques (bactéries et champignons). En comparaison avec les autres scolytes, les communautés microbiennes associées aux scolytes parasitiques est très peu documentée, comme dans le cas de D. micans et D. punctatus. En dehors de la détoxification, les symbiotes d’insectes peuvent contribuer à leur nutrition, les protéger contre des pathogènes, ou intervenir dans la communication chimique, ce qui affecte leurs hôtes comme les autres acteurs de la relation tritrophique arbre-scolyte-ennemi naturel. L’association R. grandis-D. micans est une opportunité unique d’étudier des aspects méconnus de la coévolution. Les objectifs de cette thèse étaient de :- (1) comparer le nombre d’œufs pondu par R. grandis sur sa proie spécifique, D. micans, et sur les proies exotiques D. punctatus et D. valens, afin de mettre en évidence de possibles résistances ;- (2) identifier les signaux chimiques qui régulent l’oviposition de R. grandis, et évaluer leur rôle dans la spécificité de l’association avec D. micans, en présence des proies exotiques D. punctatus et D. valens ;- (3) caractériser les communautés bactérienne et fongique associées aux populations parasitiques des scolytes D. micans, D. punctatus et D. valens, et investiguer comment ces microorganismes symbiotiques peuvent influencer leurs hôtes, selon leurs contraintes écologiques, ainsi que leurs ennemis naturels et arbres-hôtes. Nos résultats révèlent une oviposition équivalente de R. grandis en présence de la proie native D. micans et des proies exotiques D. punctatus et D. valens, ce qui illustre que la spécificité de cette association pourrait être limitée par des barrières géographiques mais ne met pas en évidence de possibles résistances à l’encontre du prédateur de longue date. Nous avons identifié des candidats robustes à la stimulation et à l’inhibition de la ponte de R. grandis, et leur rôle devrait être confirmé par des bioessais. Enfin, nous rapportons que la communauté microbienne associée aux populations parasitiques des scolytes D. micans, D. punctatus et D. valens est principalement constituée d’Entérobactéries et de levures répandues, et nous discutons des différentes façons dont ces symbiotes peuvent affecter leurs hôtes et autres acteurs de la relation tritrophique arbre-scolyte-ennemi naturel, selon leurs écologies respectives. Dans son ensemble, cette thèse souligne l’importance de considérer tous les niveaux de complexité biologique, des microorganismes associés aux proies jusqu’aux prédateurs, afin d’étudier des systèmes comme R. grandis-D. micans. / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished