En raison d’une utilisation croissante et massive, les nanoparticules manufacturées apparaissentcomme de potentiels contaminants émergents pour l’environnement, incluant notammentles écosystèmes aquatiques. Alors que le transfert trophique semble constituer unevoie d’exposition majeure pour les organismes, une connaissance lacunaire dans la littératurescientifique persiste, résultant pour partie des difficultés expérimentales inhérentes àce type d’exposition. Pour ce travail en conditions contrôlées de laboratoire, les nanoparticulesd’or (sphériques, 10 nm, fonctionnalisées aux PEG-amines), stables en solution, ontété choisies pour l’étude du transfert trophique et des impacts toxiques sur des organismesaquatiques. Ce continuum trophique considère la base des réseaux trophiques (biofilms naturels,algues), des niveaux intermédiaires (poissons brouteurs, bivalves suspensivores), jusqu’auxorganismes de haut de chaînes trophiques, avec l’anguille européenne. Avec des expositionsréalisées à de relatives faibles doses, ce travail tend à la représentativité environnementale.Des approches méthodologiques intégratives des niveaux subcellulaire à tissulaire(RT-qPCR, séquençage haut-débit, histologie) ont permis d’évaluer les impacts toxiques.Les résultats indiquent une importante capacité de rétention des nanoparticules par les biofilmsnaturels. À la suite d’une exposition de 21 jours, les dosages d’or révèlent un transfertdes biofilms aux poissons brouteurs, avec une distribution de l’or dans tous les organes. Deplus, ce transfert est associé à une réponse inflammatoire au regard des lésions histologiquesobservés dans les foies, rates et muscles des poissons exposés. Une chaîne alimentaire « naturelle» à trois maillons trophiques, impliquant algues - bivalves - anguilles européennes,atteste d’un transfert significatif jusqu’au poisson prédateur. Enfin, l’analyse du transcriptome,par une approche de séquençage haut-débit, des foies et cerveaux d’anguilles exposéesaux nanoparticules par nourriture enrichie, a permis de mettre en évidence une réponseconjointe à ces deux organes dans des processus biologiques associés au système immunitaireet sa régulation, dont des récepteurs NOD-like impliqués dans l’inflammasome.L’ensemble des résultats expérimentaux interpellent quant aux effets délétères à long-termequ’engendreraient les nanoparticules sur les écosystèmes aquatiques, illustrant par ailleursla propension de ces contaminants à être transférés dans les chaînes trophiques. / Due to an increasing and massive use, engineered nanoparticles are raising as potentialemerging contaminants in the environment, including aquatic ecosystems. While trophictransfer appears to constitute a major exposure route for organisms, scientific literature hasdifficulties to respond to the questions raised to explore the range of the interactions existingbetween nanoparticles and living organisms at different scales from the trophic interactionsto the cellular impacts. This problem is partly due to experimental difficulties inherent tothis exposure type. For this work performed in controlled laboratory conditions, sphericalgold nanoparticles (10 nm, coated with PEG-amines, positively charged) were chosen tostudy the trophic transfer and toxic effects on aquatic organisms. Trophic chains concernedseveral trophic levels (up to three) with a variety of species considered : the basis of thetrophic web with natural biofilms or microalgae, intermediate levels with grazing fish orsuspensivorous bivalves, and up to top food chain organisms, with the European eel, a carnivorousfish.With relatively low doses for exposures, this work tends to represent environmentalconditions. Integrative methodological approaches from subcellular to tissue levels(RT-qPCR, RNA-sequencing, histology) were performed in order to assess toxic impacts.The results indicate a high retention capacity of nanoparticles by natural biofilms. Followinga 21-day exposure, gold quantifications reveal a transfer from biofilms to grazing fish, witha gold distribution in all organs. Moreover, this transfer is associated with an inflammatoryresponse according to the histological lesions observed in the liver, spleen and muscle ofexposed fish. A longer food chain, with three trophic levels involving microalgae - bivalves- European eels, is set up to give a better representation of the complexity of trophic interactionsin the aquatic environment. It shows a significant transfer to the predatory fish.Transcriptomic analyses, using the RNA-sequencing approach, for the liver and the brain ofexposed eels by nanoparticles’ enriched food, highlight a joint response for these two organsin the biological processes associated with the immune system and its regulation, includingNOD-like receptors involved in inflammasome.All the experimental results suggest long-term harmful effects that nanoparticles would generatein aquatic ecosystems, emphasizing the ability of these contaminants to be transferredthroughout trophic chains.

Dans l'Infralittoral rocheux méditerranéen, les algues brunes du genre Cystoseira forment des habitats structurellement complexes, dénommés forêts à Cystoseira. A cause de certaines activités anthropiques, ces forêts ont déjà disparu dans de nombreuses localités et sont en train de régresser dans d'autres. Elles ont été (sont) généralement remplacées par des habitats structurellement moins complexes de type brousse, gazon ou désert. Cette thèse a visé à estimer les possibles conséquences pour les poissons de la régression des forêts à Cystoseira et à identifier les processus écologiques en cause. Plusieurs approches complémentaires ont été employées : inventaires de macroalgues et de poissons, expériences de prédation et de sélection d'habitats en aquarium, analyses de composions isotopiques et de contenus stomacaux. Les densités de poissons proie et prédateur étaient plus importantes dans les forêts à Cystoseira que dans les habitats structurellement moins complexes. Cela peut résulter, au moins en partie, du rôle "refuge" de Cystoseira spp. qui induit (1) une plus faible mortalité des poissons proies et prédateurs dans les forêts, due à une plus grande disponibilité en abris et en nourriture, respectivement, (2) une immigration nette des poissons dans les forêts due à leur préférence pour cet habitat structurellement complexe. De plus, Cystoseira spp. pourrait être une importante source de matière organique pour l'écosystème. Ce potentiel rôle trophique mérite des études complémentaires. Ce travail suggère que la régression des forêts à Cystoseira est néfaste pour les poissons et souligne donc la nécessité de mieux gérer les activités humaines impactant Cystoseira spp. / In Mediterranean rocky subtidal, large brown algae belonging to the genus Cystoseira form structurally complex habitats, called Cystoseira forest. Due to anthropogenic stressors, Cystoseira forests disappeared from numerous localities in the Mediterranean Sea and are deteriorating in other localities. Cystoseira forests are usually replaced by structurally less complex habitats, such as shrublands, turfs and barren. This PhD aimed to assess putative consequences for fish of Cystoseira forest degradation, and to identify the underlying ecological processes. Multiple complementary approaches were used: macroalgae and fish field surveys, tank-based predation and habitat-choice experiments, stable isotopes and stomach contents analyses. Densities of prey and predatory fish were higher in Cystoseira forests compared to structurally less complex habitats. This may be due to the shelter role of Cystoseira spp. that induces (1) reduced mortality of prey and predatory fish in forests, due to high shelter and food availability, respectively, and (2) net immigration of fish into forests due to their preference for this structurally complex habitat. Moreover, Cystoseira spp. may be an important source of organic matter to the ecosystem. This possible trophic role deserves complementary studies. This work suggests that Cystoseira forest degradation are harmful to fish and from this perspective stresses the need to better manage human activities impacting Cystoseira spp.

L’étude de l’écologie des communautés et de la ségrégation écologique revêt une importance particulière, notamment pour ses apports en biologie évolutive mais aussi pour ses applications dans le domaine de la conservation. La présente étude s’intéresse à la ségrégation écologique des delphinidés de l’île de Mayotte (Canal de Mozambique, sud-ouest de l’océan Indien) à deux échelles : la communauté d’espèces (approche interspécifique) et les communautés d’individus (approche intra-spécifique). Autour de cette île, une communauté diversifiée de delphinidés se partage l’espace et les ressources, et ce à de très faibles échelles spatiales. Sur treize espèces observées, au moins cinq sont observées régulièrement et ont donc été étudiées : le grand dauphin de l’Indo-Pacifique (Tursiops aduncus), le dauphin à long bec (Stenella longirostris), le dauphin tacheté pantropical (Stenella attenuata), le péponocéphale (Peponocephala electra) et le dauphin de Fraser (Lagenodelphis hosei). Chez les espèces vivant en sympatrie, des mécanismes de ségrégation devraient s’observer selon les trois dimensions principales de la niche écologique : l’espace, la ressource et le temps. A l’échelle interspécifique, les analyses de l’habitat défini par les caractères physiographiques associés à chaque observation, de l’utilisation des ressources exprimée par les isotopes stables du carbone et de l’azote et des budgets d’activités montrent que les delphinidés occupent des niches écologiques distinctes. Parallèlement, certaines espèces jumelles peuvent constituer des associations poly-spécifiques, les mettant apparemment en situation de compétition pour les ressources et les habitats. Il a été montré que ces associations, notamment chez les delphinidés du genre Stenella, n’avaient pas de signification trophique, mais constituaient plutôt une stratégie de vigilance contre les prédateurs. Le dernier volet de l’étude s’intéresse à la ségrégation intra-spécifique et à la structure de population à fine échelle, notamment chez le grand dauphin de l’Indo-Pacifique, la principale espèce de delphinidé à vivre dans les eaux intérieures du lagon. La combinaison d’approches dont les échelles sont emboitées : de l’échelle évolutive populationnelle (structure génétique) à l’échelle de la vie de l’individu (domaine vital), a permis de démontrer que l’unique groupe panmictique de Mayotte se segmentait en communautés (définies par des ensembles d’individus ayant un domaine vital commun). Au moins deux communautés ont été identifiées, utilisant des domaines distincts, formant des groupes sociaux stables mais non constitués d’individus apparentés. L’ensemble de l’étude montre que la ségrégation écologique s’observe aux échelles inter- et intra-spécifiques chez les delphinidés, et que celle-ci ne peut être mis en évidence que par des approches multi-échelles et transdisciplinaires. / The study of communities and ecological segregation is of primary importance, especially for its contribution to the field of evolutionary biology and its applications to conservation. The present study aims to assess ecological segregation of tropical delphinids of the island of Mayotte (Mozambique Channel, SW Indian Ocean) at two scales: interspecies and intra-species level. Around Mayotte, a diverse community of delphinids can be found within a restricted range. Thirteen species have been recorded, among which five species regularly occur: the Indo-Pacific bottlenose dolphin (Tursiops aduncus), the spinner dolphin (Stenella longirostris), the pantropical spotted dolphin (Stenella attenuata), the melon-headed whale (Peponocephala electra) and the Fraser’s dolphin (Lagenodelphis hosei). In species living in sympatry, segregation mechanisms should be observed along the three main dimensions of the ecological niche: habitat, resource and time. In inter-specific comparisons, analyses of habitat defined by physiographic variables at sighting locations, resource use expressed as carbon and nitrogen stable isotope signatures, and activity budgets revealed that each species occupies its own ecological niche. At the same time, sibling species form mixed-species associations that place them in situation of apparent competition for habitats. It has been shown that these mixed-species associations, especially among dolphins of the genus Stenella, do associate for anti-predator vigilance rather than for trophic benefits. Finally, the last approach of this study aims to investigate fine scale population structure and intra-species segregation in the Indo-Pacific bottlenose dolphin, the main delphinid occurring in the inner lagoon. The combination of approaches over temporal scales: from the genetic population structure to the community characteristics at individual life-scale (home range), showed that a single panmictic group of Indo-Pacific bottlenose dolphins was segmented into communities (defined by a common home range). At least two bottlenose dolphin communities were found, using a common home range and within which genetically unrelated individuals are preferentially associated. The whole study underlines that ecological segregation can be observed inter- and intra-specifically in delphinids, and this segregation can only be assessed by using multi-scale and multidisciplinary approaches.

La capacité à percevoir des courants dans un fluide s'est développée chez de nombreuses espèces animales, dans des contextes écologiques très variés qui couvrent aussi bien les interactions proies-prédateurs, la sélection sexuelle ou l'orientation dans un environnement. Parmi ces espèces animales, les grillons détectent les courants d'air générés notamment lors de l'attaque de leurs prédateurs à l'aide de deux organes appelés "cerques", situés à l'arrière de leur abdomen et recouverts de poils mécano-sensoriels. Ces senseurs sont considérés comme les détecteurs les plus sensibles du monde animal. Il leur suffit de capter l'énergie d'un dixième d'un photon pour déclencher un potentiel d'action au niveau du neurone sensoriel. Ce manuscrit présente à la fois le développement des outils de mesures sans contact adaptés à ces questions d'écologie sensorielle ainsi que les méthodes numériques simulant les processus physiques à l'oeuvre. L'étude du fonctionnement des senseurs a nécessité l'adaptation des méthodes de mesures non intrusives de très grande précision tel que la Vélocimétrie par Imagerie de Particules (PIV). La couche limite oscillante dans laquelle évoluent les poils a été visualisée et a servi à déterminer la réponse de poils modélisés par des systèmes oscillatoires du second ordre. Le couplage visqueux entre poils a été lui aussi caractérisé en adaptant la PIV à des mesures à très petites échelles sur des poils biomimétiques micro-electro-mécanique (MEMS). Les mesures des perturbations générées lors des attaques d'araignées, principales prédatrices des grillons, nous ont aidé à valider des modélisations numériques, réalisées à l'aide des techniques de dynamique des fluides computationnelles (CFD) par résolution des équations de Navier Stokes via la méthode des éléments finis (FEM). La mise au point et l'utilisation de techniques de métrologie optique en dynamique des fluides semi-visqueux et l'analyse des données nous permettent de revisiter la sensibilité extrême du système sensoriel du grillon et de placer ces mesures dans un contexte plus large, d'écologie sensorielle. En particulier, nous montrons que ces soies sont placées en groupe compact et exercent entre elles un fort couplage aérodynamique visqueux, qui réduit fortement leur sensibilité "de groupe". Ce fort couplage interroge l'intérêt d'avoir des récepteurs aussi performants individuellement, s'ils perdent leur sensibilité lorsqu'ils fonctionnent en réseau. Finalement, les réactions des poils à des mouvements de fluides générés par un piston mimant les attaques réelles d'araignées ont pu être déterminées à l'aide d'une caméra rapide, puis simulées et validées après avoir développé un modèle mécanique du poil répondant à des stimuli transitoires. / Flow sensing is used by a vast number of animals in various ecological contexts, from preypredator interactions to mate selection, and orientation to flow itself. Among these animals, crickets use hundreds of filiform hairs on two cerci as an early warning system to detect remote potential predators. Over the years, the cricket hairs have been described as the most sensitive sensor in the animal kingdom. The energy necessary for the emission of an action potential by its sensory neuron was estimated to be a tenth of the energy of a photon. This PhD thesis aims to describe recent technological advances in the measurement and model of flows around biological and artificial flow sensors in the context of organismal sensory ecology. The study and understanding of the performance of sensory systems requires a high spatial precision of non-intrusive measurement methods. Thus, non-contacting measurement methods such as and Particle Image Velocimetry (PIV), originally developed by aerodynamics and fluid mechanics engineers, have been used to measure flows of biological relevance. The viscous oscillatory boundary layer surrounding filiform hairs has been visualized and used as input to model the mechanical response of these hairs, described as second order mechanical systems. The viscous hydrodynamic coupling occurring within hair canopy was also characterized using PIV measurements on biomimetic micro-electro-mechanical systems (MEMS) hairs, mimicking biological ones. Using PIV, we have also measured the air flow upstream of hunting spiders. We prove that this flow is highly conspicuous aerodynamically, due to substantial air displacement detectable up to several centimeters in front of the running predator. This disturbance of upstream air flows were also assessed by computational fluid dynamics (CFD) with the finite elements method (FEM). The development of non-intrusive measurement and CFD methods and their application to the analysis of the biological flow involved in cricket sensory ecology allowed us to revisit the extreme sensitivity of cricket filiform hairs. We predicted strong hydrodynamic coupling within natural hair canopies and we addressed why hairs are packed together at such high densities, particularly given the exquisite sensitivity of a single hair. We also proposed a new model of hair deflection during the arrival of a predator, by taking into account both the initial and long-term aspects of the flow pattern produced by a lunging predator. We conclude that the length heterogeneity of the hair canopy mirrors the flow complexity of an entire attack, from launch to grasp.