Les invasions biologiques sont un fardeau économique important si elles affectent des ressources critiques pour l'alimentation, la sante humaine ou les productions agricoles. Les ravageurs de la pomme de terre sont un challenge économique important tant ce tubercule est un aliment clé dans les pays andins. Il est possible de suivre la dispersion récente de la teigne du Guatemala, T. solanivora en Amérique du Sud depuis son introduction au Vénézuela à sa propagation progressive vers le sud. Par ailleurs, les invasions récentes fournissent un modèle unique pour analyser les processus d'adaptation de tout l'écosystème receveur au nouveau venu. Cette introduction de T. solanivora et sa coexistence avec la teigne endémique Phthorimaea operculella, nous offre la possibilité d'étudier l'adaptation de populations virales inféodées à P. operculella au nouvel hôte T. solanivora. Une étude de terrain a été engagée dans les régions productrices de pomme de terre en Colombie. A partir des larves de T. solanivora collectées sur 5 sites distincts, des infections à granulovirus ont été détectées. Tous les isolats viraux sont apparentés au Phthorimaea operculella granulovirus (PhopGV) précédemment décrit. Des différences de pathogénicité envers les deux hôtes ont été observées. Une variabilité a été détectée pour certains isolats au niveau de deux marqueurs génétiques. Les populations présentant une diversité génétique s'avèrent plus pathogènes sur les deux hôtes que des populations génétiquement homogènes. Elles offrent une opportunité pour le contrôle biologique de ces ravageurs. Des populations artificielles ont été construites pour mimer des populations naturelles mélangées. Elles se comportent de la même manière d'un point de vue biologique, mais l'évolution de la fréquence des marqueurs n'est pas liée à l'efficacité biologique, ce qui suggère que des différences non détectées dans le génome pourraient être responsables de l'adaptation de l'hôte. La productivité des infections dans les deux hôtes a été étudiée car elle est la clé de voute du développement d'un agent de contrôle biologique. Les productivités sur P. operculella (1,36 à 2,69 × 108 OBs/ mg) et T. solanivora (0,48 à 3,64 × 108 OBs/mg) ne sont pas très différentes. Les populations génétiquement mélangées ne se distinguent pas des populations homogènes par leur production totale dans l'un ou l'autre des deux hôtes, cependant, les rendements (production virale/inoculum) montrent des différences claires, les populations mélangées (naturelles ou artificielles) sont plus performantes sur les deux hôtes. Aucune réduction de la pathogénicité sur l'hôte d'origine n'a été observée après plusieurs cycles de réplication de la population virale sur l'hôte alternatif. Les populations virales originellement adaptées à P. operculella ont évolué pour infecter T. solanivora. Dans les régions où les deux hôtes sont présents, les populations virales développent une stratégie pour être efficaces sur les deux hôtes.

Les systèmes socio-écologiques sont omniprésents et la compréhension de leur fonctionnement est devenue une priorité pour aborder de manière commune et précise les questions soulevées par l'action de l'homme sur son environnement, mais aussi pour identifier des trajectoires et explorer des scénarios prospectifs sur la base desquels, une stratégie de pilotage pourrait être envisagée. Appliquée à un ravageur des cultures dans le nord des Andes, l'approche de ces systèmes par un modèle d'automate cellulaire a permis d'identifier les facteurs humains clefs de sa dispersion et de disposer de cartes de probabilité de présence. Par la suite, l'intégration de variabilité génétique par un modèle individu-centré a facilité l'exploration de scénarios de structuration des populations de ravageurs. Pour une meilleure compréhension de la dynamique spatio-temporelle de ces derniers, une approche à base d'agents, théorique puis empirique, a fourni des éléments d'explication des délais observables entre la mise au point d'une technique de protection des cultures et son application par les agriculteurs d'une petite région agricole, par un modèle de diffusion de l'information couplé aux approches précédentes. Afin d'exploiter ces résultats et suite à une recherche participative fructueuse dans la zone d'étude, une méthode innovante basée sur un modèle a été insérée dans un programme de formation d'agriculteurs pour souligner la nécessité d'une approche systémique pour une protection des cultures efficace. Malgré certaines limitations, ces approches pourraient être applicables plus largement à tout programme agricole dans des systèmes socio-écologiques.

Dans un contexte de changement climatique et d’augmentation de la variabilité du climat, une raison majeure qui freine le développement et l’adoption d’une gestion efficace des ravageurs des cultures est celle des caractéristiques thermiques des paysages agricoles, qui sont reconnues pour leur effet sur la dynamique ces ravageurs. De plus, la différence entre la taille des organismes considérés et les échelles auxquelles les données climatiques sont collectées et modélisées est une problématique clé pour comprendre et prédire la distribution des ravageurs des cultures. Dans ce travail de thèse, nous explorons la prise en compte des microclimats ressentis par les ravageurs des cultures dans leur environnement afin de mieux déduire leur distribution spatiotemporelle. Par conséquent, cette thèse s’est intéressée à: 1) réduire les différences d’échelles entre les prédictions des modèles climatiques globaux et la fine échelle spatiotemporelle des microclimats vécus par les organismes, 2) développer des approches techniques innovantes, comme la combinaison de caméras thermiques avec des drones aéroportés, pour faciliter l’étude de l’écologie thermique des ravageurs des cultures dans leur milieu, 3) déterminer dans quelle mesure la caractérisation de l’hétérogénéité thermique spatiotemporelle des paysages agricoles est utile pour comprendre les dynamiques des ravageurs des cultures et 4) comment intégrer les microclimats dans les modèles de prédiction des ravageurs des cultures. Ce travail montre que les microclimats conditionnent partiellement la dynamique des ravageurs des cultures dans les agrosystèmes et peuvent leur fournir des opportunités pour améliorer leur performances (et atténuer les effets du changement climatique) dans quelques centimètres carrées seulement. Par conséquent, cette thèse a montré l’importance d’une meilleure prise en compte des microclimats dans les modèles de distribution d’espèces (et de vulnérabilité face au changement climatique). Finalement, ce travail a révélé que l’étude des microclimats pourrait ouvrir de nouvelles voies de lutte intégrée agro-écologiques contre les ravageurs des cultures. / In the context of global warming and increasing climatic variability, a major uncertainty that hampers effective pest management is that related to the thermal characteristics of agricultural landscapes, which are known to have profound effects on insect pest dynamics. Moreover the spatial mismatch between the size of organisms and the scale at which climate data are collected and modeled is also a major barrier to better understand and predict pest distribution and dynamics. In this thesis, we addressed the issue of considering microclimates experienced by crop pests in their environments with the main objective to infer their spatiotemporal distribution. Therefore, we focused on the following questions: 1) How to bridge the gap between the predictions of coarse-scale climatic models and the fine-scale climatic reality experienced by organisms (i.e. microclimates), 2) How to develop innovative technological approaches such as thermal infrared cameras and unmanned aerial vehicle as a tool for the study of crop pest thermal ecology, 3) to what extent the fine spatiotemporal variability in thermal heterogeneity of natural and agricultural landscapes is useful to understand pest dynamics, and 4) how to integrate microclimatic data in models predicting the interrelation between pest organisms and the microclimate of their environments.This work revealed that microclimate substantially affects pest dynamics in agrosystems and may offer them opportunities to enhance their performances, as well as to buffer global warming effects within only few centimetres. Consequently, this thesis stresses the need of a better incorporation of microclimatic data into models of species distribution (and vulnerability to climate change) and evidences that microclimates might provide new insights towards agro-ecological pest management.

Ravageurs de quarantaine, les mouches des fruits (Diptera : Tephritidae) constituent unecontrainte importante à l’exportation de la mangue au Burkina Faso. L’objectif de cette étudeétait d’améliorer nos connaissances sur l’écologie de ces ravageurs. Entre décembre 2007 etdécembre 2009, 1156598 Tephritidae ont été capturés dans 7 vergers présentant 8 cultivarsdifférents. Pendant cette période, l’évolution de la température, de l’hygrométrie et de lapluviométrie a été notée. 19764 mangues ont été collectées et observées afin de déterminerleur niveau d’infestation par ces insectes. Dix-huit espèces des genres Bactrocera, Ceratitis,et Dacus ont été identifiées, B. invadens et C. cosyra étant les plus abondantes. Les pics despopulations de mâles et de femelles, apparaissent entre mai et juin selon les sites. Les femelles,présentent aussi un pic en période de floraison des manguiers. Sept espèces de Tephritidaeinfestent les mangues et l’incidence moyenne de leurs dégâts varie entre 0% (Sabre) et 12,5%(Keitt), Keitt et Brooks sont les cultivars les plus infestés. 64% de ces dégâts sont causés parB. invadens et 31% par C. cosyra. L’inventaire des essences ligneuses autour de ces sites ainsique la collecte et l’incubation de leurs fruits entre avril 2008 et décembre 2009 ont aussi étéeffectués. 105 ligneux ont été recensés autour des vergers. Les fruits de 13 d’entre eux sontinfestés par 7 espèces de Tephritidae dont 6 se retrouvent aussi dans les mangues. Il s’agitsurtout de C. cosyra mais aussi de C. silvestrii, C. puntata et B. invadens.Ce travail montre les corrélations significativees entre les facteurs climatiques, la fluctuationdes populations, et les dégâts observés. Les espèces ligneuses alentours sont des refugespermettant le maintien des populations même hors saison de la mangue. Ces résultatsnouveaux permettent l’adaptation de la lutte contre ces ravageurs économiquement importantsau contexte agro-écologique de notre zone d’étude / Classified as a quarantine pest, mango fruit flies (Diptera Tephritidae) are an importantconstraint for mango exportation from Burkina Faso. The main objective of this study was theenhanced understanding of the ecology of mango’s Tephritids. 1156598 Tephritid flies weretraped from December 2007 to December 2009 in 7 mango orchards. During this monitoring,temperature, relative humidity and rainfalls were registered. 19764 mango fruits from 8cultivars were collected and obsreved during mango season in order to assess fruit fliesdamages. Eighteen Tephritids species notably from Bactrocera, Ceratitis and Dacus genuswere identified and B. invadens and C. cosyra are the dominant ones. The population peaks ofmales and females appear in the months of May & June according to the sites. The femalespresent a peak during the flowering period also of the mango trees. Seven species of mangoinfesting fruit flies have been identified and the incidence of this infestation varies between0% (Sabre) and 12.5% (Keitt). Keitt and Brooks are the most infested mango cultivars. 64 %of these damages are caused by B. invadens while 31 % by C. cosyra. The inventory of thewoody plants around these sites as well as the collection and the incubation of their fruitsbetween April 2008 and December 2009 were also carried out. 105 woody trees had beenlisted around the mango orchards. Out of which, the fruits of 13 trees were found infested by7 species of Tephritids, of which, 6 are also found in mangos. It is especially C. cosyra butalso C. silvestrii, C. puntata and B. invadens.This work shows significant correlations between Tephiritids population fluctuations, climaticfactors and mango damages. The woody species around mango tree orchards shelter thesepests even after mango season. These new results allow the adaptation of the mango fruit fliescontrol methods in the particular agro-ecological area of our study zone

La canne à sucre (Saccharum officinarum) est cultivée dans plus de 100 pays, dans le monde entier avec une production totale moyenne de 170 millions de tonnes de sucre qui a un impact économique profond sur les questions sociales et gouvernementales. En ce qui concerne les problèmes phytosanitaires, il existe un ensemble de maladies et de ravageurs qui réduisent la productivité de la canne à sucre, y compris les Lépidoptères foreurs des tiges qui causent des dégâts et pertes importantes, ce qui est le cas au Panama, contexte de cette thèse. Ce travail décrit la bioécologie des foreurs au Panama, ainsi que l'utilisation de différentes pratiques agricoles pour réduire les infestations de ces ravageurs. La thèse est divisée en six objectifs spécifiques qui constituent 8 chapitres différents. Après avoir présenté le contexte général (chapitre 1), le premier objectif était de faire un état de l’art des résultats obtenus en lutte intégrée contre les foreurs de la canne à sucre Diatraea spp. (Lepidoptera: Cambridae), Elasmopalpus lignosellus (Zeller) (Lepidoptera: Pyralidae) et Telchin licus (Drury) (Lepidoptera: Castniidae) en Amérique qui compile 221 références de 1933 à 2017 (chapitre 2). Le deuxième objectif était d'identifier les principales espèces de Diatraea spp. (Lepidoptera: Cambridae). Cette recherche a utilisé la morphologie externe et les organes génitaux, par comparaison avec ceux de l’espèce connue Diatraea saccharalis et a permis de confirmer que Diatraea tabernella Dyar était la principale espèce de foreur au Panama (chapitre 3). Le troisième objectif était de déterminer l'entomofaune associée aux foreurs, en utilisant différents systèmes de piégeage. Une cohorte d'arthropodes a été identifiée comme étant à la fois des ravageurs, des prédateurs et des parasitoïdes (chapitre 4). Le quatrième objectif était d’utiliser la proie sentinelle Galleria mellonella L. comme technique de piégeage pour identifier les principaux ennemis naturels capables de réguler la population de foreurs (chapitre 5). L'expérimentation a été réalisée en utilisant des œufs, des larves et des pupes de G. mellonella. Les résultats ont montré que les fourmis (Formicidae) étaient les prédateurs les plus importants et les plus efficaces. Le cinquième objectif était de déterminer la flore associée aux foreurs (chapitre 6). Les observations consistaient à échantillonner les mauvaises herbes dans quatre conditions observées dans la plantation (Proche du cours d'eau, à l'intérieur du champ, entre les champs et la mangrove et en bordure de champ). Six espèces de mauvaises herbes (Poaceae) ont été identifiées comme plantes hôtes de D. tabernella. Le sixième objectif était d'étudier l'effet des différentes pratiques agricoles sur la réduction des infestations par les foreurs. Tout d'abord, dans ce contexte, les niveaux de dégâts et l'impact économique ont été évalués sur différentes variétés commerciales de canne à sucre. L'essai visait à déterminer l'effet de ces variétés sur le niveau de dégât des foreurs, la teneur en sucre et l'impact sur le rendement de la canne à sucre (chapitre 7). Nos résultats ont montré que D. tabernella était capable de réduire la quantité et la qualité du sucre et de la biomasse en fonction du type de variété. Deuxièmement, nous avons étudié l'effet des doses d'azote et de la silice appliquées au champ sur l'infestation par les foreurs (chapitre 8). Pour réaliser cet objectif, nous avons conduit deux essais en utilisant un dispositif expérimental avec 4 répétitions. Les résultats ont montré que l'application de niveaux élevés d'azote augmentait significativement l'infestation. Au contraire, l'utilisation de silice réduit significativement l'infestation de foreurs. En résumé, ces résultats ont permis l'identification des principales espèces de foreurs, leurs ennemis naturels et la flore associée, leur impact sur la canne à sucre et l'importance des pratiques agricoles dans la gestion de ces ravageurs au Panama. / Sugarcane (Saccharum officinarum) is grown in more than 100 countries worldwide with a total production averaging 170 million tons of sugar that has a profound economic impact on social and governmental issues. In terms of biological constraints there is a complex of diseases and pests that significantly reduce the productivity of sugarcane including stemborers. In Panama, the most important pests that cause losses in sugarcane are lepidopteran stemborers. The aim of this thesis was to study the bioecology of these major pests in Panama and to study different agricultural practices that influence stemborer infestations. To carry out this aim, our thesis has been divided into six overall objectives which constitute 8 different chapters. After presenting the general context (chapter 1), the first objective was to review the results obtained on integrated pest management strategies against the sugarcane borers Diatraea spp. (Lepidoptera: Cambridae), Elasmopalpus lignosellus (Zeller) (Lepidoptera: Pyralidae) and Telchin licus (Drury) (Lepidoptera: Castniidae) in America that compiles 221 references from 1933 to 2017 (chapter 2).The second objective was to identify the main sugarcane pest species of Diatraea spp. (Lepidoptera: Cambridae). This research used external morphology and genitalia by comparison with the well know species D. saccharalis and allowed to confirm Diatraea tabernella Dyar as the main stemborer species in Panama (chapter 3). The third objective was to determine the entomofauna associated with stemborers using different trapping systems. A cohort of arthropods was identified as pest species, predators and parasitoids (chapter 4). The fourth objective was to evaluate the use of sentinel prey of Galleria mellonella L. as a trapping technique to identify the key natural enemies that are able to regulate borer population (chapter 5). The experiment was carried out using G. mellonella eggs, larvae and pupae and the results showed that ants (Formicidae) were the most important and effective predators. The fifth objective was to determine the flora associated with stemborers (Weeds present in and around sugarcane fields) (chapter 6). The survey consisted of sampling weeds in four conditions observed in the plantation (Close source of water, within the plantation, between the field and mangrove and at field edges). Six weed species (Poaceae) were identified as host plants of D. tabernella. The sixth objective was to investigate the effect of different agricultural practices on reducing stemborer infestations. As a first step, damage levels and economic impact of stemborer were assessed through a field experiment to determine the effect of different sugarcane varieties on stemborer damage level, the production of sugar components and the impact on sugarcane yield (chapter 7). Our results showed that D. tabernella was able to reduce the quantity and quality of sugar and biomass depending on the type of variety. Second, the effect of silicon and nitrogen doses applied in the field on stemborers infestation were investigated (chapter 8). To carry out this objective we conducted two experiments using an experimental design with 4 replicates. The results showed that the application of high nitrogen levels increased stemborer infestation. The use of silicon significantly reduced infestation.The outcomes of this thesis were the identification of the main species of stemborers, their natural enemies and associated flora, the quantification of their impact on sugarcane and the importance agricultural practices in managing these pests in Panama.

La culture du manguier à La Réunion est confrontée à un cortège de bioagresseurs, dont la punaise Orthops palus (Heteroptera, Miridae). Cette espèce est uniquement signalée en Ouganda et à La Réunion mais n'est considérée comme ravageur du manguier qu'à La Réunion. Peu d'études ont donc été consacrées à cet insecte, ce qui est à l'origine du manque de connaissance sur ce ravageur. L'objectif général de cette thèse est l'acquisition de connaissances sur O. palus. Il se décline en plusieurs objectifs spécifiques. Il s'agit, dans un premier temps, de caractériser la diversité de mirides présentes dans les vergers de manguiers de La Réunion. Dans un deuxième temps, l'objectif est de caractériser le cycle biologique d'O. palus et les interactions insecte-plantes. Enfin, dans un troisième temps, le dernier objectif consiste à étudier la distribution et la diversité génétique de l'espèce à La Réunion et dans la zone sud-ouest de l'océan Indien (SOOI). Les principaux résultats de la thèse sont les suivants. La miridofaune des vergers de manguiers a été étudiée et, parmi les 13 espèces de mirides recensées, O. palus est l'espèce la plus abondante sur les inflorescences du manguier lors de sa floraison. Pour identifier O. palus au laboratoire et la reconnaître sur le terrain, trois outils originaux ont été construits (une clé d'identification, des séquences du Cytochrome c Oxydase I et une fiche de reconnaissance sur le terrain). Un élevage d'O. palus a été mis au point ; il a permis de caractériser son cycle biologique et de mesurer les durées de développement des différents stades. Parallèlement, l'inventaire in situ des plantes hôtes d'O. palus (15 espèces à La Réunion) a montré le caractère polyphage de espèce. Les études sur la diversité et la structuration génétique d'O. palus dans les îles du SOOI ont apporté des résultats importants. À La Réunion, la population d'O. palus est structurée en deux clusters, mais les facteurs structurant n'ont pu être totalement identifiés. À Maurice, une seule population est recensée et demeure différente de celles de La Réunion. Aucune race d'hôte n'a été mise en évidence, ni à La Réunion, ni à Maurice. Des flux de populations, dans les deux sens, ont été mis en évidence entre ces deux îles. Enfin, l'analyse de la diversité de l'ADN mitochondrial sur des individus prélevés sur quatre îles du SOOI (La Réunion, Maurice, Mayotte, Grande Comore) montre la présence d'au moins sept haplotypes dont la distribution confirme les échanges inter-îles. La dynamique spatiale et temporelle de l'insecte en relation avec sa stratégie de passage de l'année ainsi que les flux de populations à l'échelle du SOOI font l'objet de discussions transversales. Les résultats montrent qu'au-delà d'être une punaise s'attaquant uniquement au manguier, comme son nom le suggérait jusqu'à présent, O. palus est surtout une "Punaise des fleurs", susceptible de se maintenir toute l'année en se déplaçant, selon la disponibilité des ressources alimentaires, de plante en fleur à plante en fleur. Parmi les plantes participant à sa dynamique annuelle, plusieurs sont des plantes d'intérêt économique (letchi, jujubier, avocatier). Diverses perspectives de recherche sont proposées pour compléter les connaissances déjà acquises sur O. palus, notamment la compréhension des processus de dispersion des populations à l'échelle de l'agroécosystème, la vérification de la présence d'O. palus dans d'autres territoires du SOOI et l'étude de sa diversité génétique dans cette même région. Enfin, à la lumière des résultats acquis dans la thèse, des propositions de gestion agroécologique des populations d'O. palus à l'échelle locale, ainsi que des recommandations sur les mesures de précaution à prendre pour éviter les flux de populations entre les pays de l'océan Indien sont faites. / Mango crops in Reunion Island are threatened by a series of pests, including the bug Orthops palus (Heteroptera, Miridae). This species has only been reported in Uganda and Reunion Island but is considered pest of mango only in Reunion Island. Few studies have therefore been devoted to this bug, which explains the lack of knowledge concerning this pest. The overall aim of my thesis was to acquire knowledge about O. palus, and several specific objectives were pursued. The first was to characterize mirid diversity in the mango orchards of Reunion Island. The second was to characterize the life cycle of O. palus and insect-plant interactions. The third objective was to study the distribution and genetic diversity of the species in Reunion Island and on other islands in the south-west Indian Ocean (SWIO).The main results of these studies are: among the 13 species identified in the community of mirids in mango orchards, O. palus was the most abundant on the mango inflorescences when in flower. Three original tools were built to identify O. palus in the laboratory and to recognize the species in the field: an identification key, COI sequences, and a field recognition card). A method was developed to rear O. palus, which enabled the characterization of its life cycle and the length of the development stages. Meanwhile, the inventory of in situ host plants (15 species in Reunion Island) showed that O. palus is polyphagous. Studies of the diversity and genetic structure of O. palus in SWIO islands also provided significant results. In Reunion Island, the population is structured in two clusters, although the structural factors could not be fully identified. In Mauritius, one cluster was identified and was shown to be different from the clusters in Reunion Island. No host race was found either in Reunion Island or in Mauritius. Population movements in both directions between the two islands were highlighted. Finally, the analysis of the mitochondrial DNA diversity of individuals sampled on four SWIO islands (Reunion, Mauritius, Mayotte, Grande Comore) revealed the presence of at least seven haplotypes whose distribution confirmed exchanges between islands.The dynamics of O. palus in space and over time are discussed in connection with its survival strategy over the course of the year and with population flows across SWIO. The results showed that beyond being a bug that attacks only the mango tree, as the name strongly suggests, O. palus is rather a "flower bug" likely to maintain populations throughout the year by moving from one flowering plant to another according to food availability. Among the plants involved in the annual dynamics of the insect, several species beside mango are of economic interest (lychee, jujube, avocado). Several research topics are proposed to complete the knowledge already acquired on O. palus, including understanding of population dispersion processes at the scale of the agro-ecosystem, and evaluating the presence and the genetic diversity of O. palus in other SWOI territories. Finally, agroecological practices for the local management of O. palus populations are proposed based on the results of the studies that comprise the present dissertation. Recommendations are made for precautionary measures to prevent the flow of O. palus populations between countries located in the Indian Ocean.

La gestion agroécologique durable des paysages agricoles constitue un très fort enjeu social, écologique et économique. Favoriser les différents services écosystémiques que fournissent ces systèmes complexes, caractérisés par une forte variabilité spatio-temporelle liée aux activités anthropiques, est désormais crucial. Le travail développé dans cette thèse s’est focalisé sur les services de régulation des populations de ravageurs, en développant des modèles spatialisés destinés à identifier les interactions entre paysage et populations dans l’optique d’une gestion intégrée du paysage agricole. L’approche conceptuelle utilisée s’est appuyée sur une réflexion sur les choix de niveaux d’organisation et d’échelles spatio-temporelles pertinentes qui a conduit au développement de deux modèles imbriqués : un simulateur de paysages agricoles (ATLAS) reproduisant la variabilité spatio-temporelle des habitats et un automate cellulaire décrivant les dynamiques pluriannuelles d’un puceron des céréales : Rhopalosiphum padi. Une analyse statistique des résultats a permis d’identifier l’effet des différents paramètres du paysage (composition et climat) sur les densités de pucerons à différentes échelles spatiales au cours des saisons. Ont également été évalués les effets potentiels de différents scénarios de gestion plausibles au sein du paysage agricole étudié. Parmi nos résultats, nous identifions que le remplacement du maïs par le sorgho dans le sud-ouest de la France pourrait conduire à une augmentation des densités de R.padi au sein du paysage au printemps, période particulièrement sensible aux infestations. Nous replaçons ce travail dans le cadre plus large de la favorisation des services écosystémiques et apportons des premiers éléments de réflexion pour une gestion durable du paysage agricole; / Sustainable management of agricultural landscapes is a strong social, ecological and economic challenge. Favouring the different ecosystem services provided by these complex systems, characterized by a strong spatio-temporal variability linked to human activity, is by now crucial. The work developed in this thesis has focused on pest population regulation services, by developing spatialized models in order to identify the interactions between the landscape and populations in the context of an integrated management of the agricultural landscape. The conceptual approach we used is based on careful selection of the levels of organization and spatio-temporal scales which lead to the development of two embedded models: an agricultural landscape simulator (ATLAS) reproducing the spatial-temporal variability of habitats and a cellular automaton describing thepluriannual dynamics of a cereal aphid: Rhopalosiphum padi. A statistical analysis of the results highlighted the effects of different landscape parameters (composition and climate) on aphid densities at different spatial scales throughout the seasons. The potential effects of plausible management scenarios were also evaluated. Amongst our results, we identify the replacement of corn by sorghum in the south-western part of France to potentially lead to higher aphid densities within the landscape in spring, which is a season specifically sensible to infestations. We replace this work in the larger context of favouring ecosystem services and propose new ideas for a sustainable management of agricultural landscapes;

De nombreux insectes s’avèrent être des ravageurs de culture, pouvant de surcroît transmettre des pathogènes aux plantes et ainsi causer des dégâts d’importance économique notables. Leur contrôle repose essentiellement sur l’utilisation d’insecticides, mais cela pose problème en termes de pollution de l’environnement, d’effets non désirés sur les espèces non-cibles, d’apparition de populations d’insectes résistants aux insecticides, sans parler de leur toxicité pour l’homme. L’olfaction joue un rôle clef dans le développement de nombreux comportements chez les insectes, comme la recherche de la plante nourricière ou du partenaire sexuel, le repérage de sites de ponte ou de prédateurs. Leurs organes olfactifs portent les sensilles sensorielles dans lesquelles se déroulent les étapes de la réception du signal : les molécules odorantes pénètrent par les pores et sont transportées à travers la lymphe sensillaire par des "odorant binding proteins" jusqu’aux récepteurs olfactifs (Ors) avec lesquels elles interagissent pour déclencher la cascade de transduction, puis le signal olfactif est inactivé. Si les interactions odeurs/ORs sont largement étudiées et élucidées, il n’en est pas de même pour le transport et l’inactivation du signal. En particulier, les "odorant-degrading enzymes" (ODEs) qui seraient impliquées dans cette dernière étape, en dégradant les molécules odorantes en métabolites inactifs, i.e. ne pouvant plus stimuler les récepteurs. Les ODEs appartiennent à diverses familles d’enzymes de biotransformation, comme les cytochromes P450s (CYPs), les carboxylestérases (CCEs), les glutathion-S-transférases (GSTs), ou les UDP-glucosyltransférases (UGTs). La plupart sont exprimées fortement dans les antennes. Peu d’entre-elles ont été caractérisées fonctionnellement, principalement par des approches in vitro, peu d’études ont été réalisées in vivo avec des approches électrophysiologiques ou comportementales. Au cours de ma thèse, nous avons caractérisé deux CCEs antennaires, l’Estérase6 (Est6) et la « Juvenile Hormone Esterase duplication » (JHEdup), chez Drosophila melanogaster, en combinant des approches transcriptomiques et fonctionnelles. Nous avons montré que ces deux estérases étaient exprimées très fortement dans les antennes et capables de métaboliser in vitro certaines odeurs alimentaires émises par les fruits mûrs. Nous avons aussi démontré que ces deux estérases étaient impliquées in vivo dans les réponses physiologiques et comportementales à ces odorants, et qu’elles s’avèrent donc être des ODEs.. Pour deux ODEs candidates, Ugt35b (UGT) et Cyp308a1 (CYPs), nous avons établi leur patron d’expression dans les antennes afin de préciser les types de sensilles impliquées, en préliminaire à des études fonctionnelles plus ciblées. Enfin, pour ugt35b, cyp308a1 et jhedup, nous avons mis en évidence une expression dans différentes structures gustatives, posant la question de leur rôle possible dans le métabolisme de molécules sapides. Les quatre enzymes antennaires présentées ici ne sont que le début d’une longue liste d’ODEs candidates identifiées lors de l’analyse du transcriptome antennaire de D. melanogaster. Ce travail participe à une meilleure compréhension des mécanismes moléculaires impliqués dans le fonctionnement du système olfactif. Du point de vue appliqué, les ODEs pourraient constituer des cibles d’intérêt (via des inhibiteurs spécifiques par exemple) pour modifier des comportements olfacto-induits, et ce dans un contexte de contrôle de populations d’insectes ravageurs plus respectueux de l’environnement. Par ailleurs, les connaissances acquises sur les ODEs chez cette espèce modèle pourraient contribuer à leur caractérisation chez d’autres espèces, en particulier des ravageurs de cultures. / Insects can be hazardous crop pests that do not only feed on crops but also transmit plant pathogens, causing yearly a great economical damage. Pest control relies mainly on insecticides but an extensive use bears problems such as the pollution of environment, unpredictable effects on non-target species, an increase of insecticide resistant populations and toxicity for humans. Olfaction is fundamental for the implementation of many insect behaviours like host plant and mating partner foraging, identification of suitable oviposition sites and predator avoidance. Insects smell with hairshaped olfactory sensilla, which are located on their antennae and palps. These sensilla are the showplace of early olfactory processing involving several steps: the odor uptake through the sensillar pores and their transport through the sensillar lymph mediated by odorant binding proteins, the detection of odors by olfactory receptors (ORs) and eventually the inactivation of the olfactory signal. Odor/OR interactions have been intensely studied, contrary to odor transport and inactivation that remain not well understood. Odorant-degrading enzymes (ODEs) have been suggested to be responsible for odor inactivation by degrading odorants into inactive metabolites which no longer activate ORs. The ODEs identified to date belong to various biotransformation enzyme families, including cytochrome P450s (CYPs), carboxylesterases (CCEs), glutathione-S-transferases (GSTs), UDP-glucosyltransferases (UGTs). Most of them are highly expressed in insect antennae. To date, only some ODEs have been functionally characterized, most of them in vitro using recombinant protein and showing their ability to efficiently metabolize various odorant molecules. Only a very few studies were investigating ODE function in vivo using electrophysiological and behavioural approaches. In this thesis we functionally characterize two antennal CCEs, Esterase6 (Est6) and Juvenile Hormone Esterase duplication (JHEdup), in the insect model Drosophila melanogaster combining transcriptomic, in vitro and in vivo approaches. We found that both CCEs are highly expressed in antennae and are able to efficiently metabolize certain odors emitted by rotting fruits in vitro. Furthermore, we showed that both are involved in physiological and behavioural responses to these odors. Therefore we propose Est6 and JHEdup as sensillar candidate ODEs. Moreover, we investigated the precise antennal gene expression pattern in toto for two antennal biotransformation enzymes belonging to other classes, Ugt35b (UGT) and Cyp308a1 (CYPs), which will be helpful for further investigations in order to clarify their potential role in olfaction. In case of three ODE candidate genes (ugt35b, cyp308a1 and jhedup) we discovered an interesting expression pattern in various gustatory organs posing new questions about additional functions of these antennal enzymes in taste processing. The antennal enzymes discussed in this thesis are only four of many candidate ODEs that we identified in the antennal transcriptome of the fruit fly. These candidates comprise also enzymes that belong to other classes such as GSTs, aldehyde oxidases, alcohol dehydrogenases or lipases. This work contributes to a deeper understanding of the insect olfactory system including its molecular actors. From an applied point of view ODEs are interesting targets to modify odorant-driven insect behaviours. The identification of specific ODE inhibitors that could interfere with insect ability to respond to environmental olfactory cues, emitted by mating partners or host plants, would contribute to a broader variety of “eco-friendly” olfactory-based insect pest control strategies. In the future the obtained knowledge in the insect model Drosophila will contribute to the characterization of ODEs in different hazardous insect pests which will be the next step to develop new inhibitor-based strategies.

Les invasions biologiques sont un fardeau économique important si elles affectent des ressources critiques pour l’alimentation, la sante humaine ou les productions agricoles. Les ravageurs de la pomme de terre sont un challenge économique important tant ce tubercule est un aliment clé dans les pays andins. Il est possible de suivre la dispersion récente de la teigne du Guatemala, T. solanivora en Amérique du Sud depuis son introduction au Vénézuela à sa propagation progressive vers le sud. Par ailleurs, les invasions récentes fournissent un modèle unique pour analyser les processus d’adaptation de tout l’écosystème receveur au nouveau venu. Cette introduction de T. solanivora et sa coexistence avec la teigne endémique Phthorimaea operculella, nous offre la possibilité d’étudier l’adaptation de populations virales inféodées à P. operculella au nouvel hôte T. solanivora. Une étude de terrain a été engagée dans les régions productrices de pomme de terre en Colombie. A partir des larves de T. solanivora collectées sur 5 sites distincts, des infections à granulovirus ont été détectées. Tous les isolats viraux sont apparentés au Phthorimaea operculella granulovirus (PhopGV) précédemment décrit. Des différences de pathogénicité envers les deux hôtes ont été observées. Une variabilité a été détectée pour certains isolats au niveau de deux marqueurs génétiques. Les populations présentant une diversité génétique s’avèrent plus pathogènes sur les deux hôtes que des populations génétiquement homogènes. Elles offrent une opportunité pour le contrôle biologique de ces ravageurs. Des populations artificielles ont été construites pour mimer des populations naturelles mélangées. Elles se comportent de la même manière d’un point de vue biologique, mais l’évolution de la fréquence des marqueurs n’est pas liée à l’efficacité biologique, ce qui suggère que des différences non détectées dans le génome pourraient être responsables de l’adaptation de l’hôte. La productivité des infections dans les deux hôtes a été étudiée car elle est la clé de voute du développement d’un agent de contrôle biologique. Les productivités sur P. operculella (1,36 à 2,69 × 108 OBs/ mg) et T. solanivora (0,48 à 3,64 × 108 OBs/mg) ne sont pas très différentes. Les populations génétiquement mélangées ne se distinguent pas des populations homogènes par leur production totale dans l’un ou l’autre des deux hôtes, cependant, les rendements (production virale/inoculum) montrent des différences claires, les populations mélangées (naturelles ou artificielles) sont plus performantes sur les deux hôtes. Aucune réduction de la pathogénicité sur l’hôte d’origine n’a été observée après plusieurs cycles de réplication de la population virale sur l’hôte alternatif. Les populations virales originellement adaptées à P. operculella ont évolué pour infecter T. solanivora. Dans les régions où les deux hôtes sont présents, les populations virales développent une stratégie pour être efficaces sur les deux hôtes. / Biological invasions constitute an important economical burden when they affect key resources for human alimentation, health or agronomic productions. Potato pests are important as this tuber is a key food source in Andean countries. The recent dispersion of the Guatemalan potato tuber moth, T. solanivora in South America can be traced back to the introduction in Venezuela, with progressive dispersion towards the South. Recent invasions provide, in addition, a unique model to analyse the process of adaptation of the whole receiving ecosystem to the new comers. This introduction of T. solanivora and its coexistence with the endemic potato tuber moth, Phthorimaea operculella offer us the possibility of studying the adaptation to T. solanivora of virus populations infeodated to the later. A survey has been carried out in the potato-producing regions of Colombia. From the T. solanivora larvae collected, granulovirus infections were detected in five different locations. All virus isolates are related to the previously described Phthorimaea operculella granulovirus (PhopGV). Differences in the pathogenicity against the two hosts were observed. Variability was detected in some isolates at two genetic markers. Genetically diverse populations appear to be more pathogenic for both hosts than genetically homogeneous populations. They provide a possible solution for the biological control of these insect pests. Artificial populations were constructed to mimic the mixed natural populations. They behave similarly from a biological point of view, but the evolution of the markers frequencies is not related to the biological efficacy, suggesting that undetected differences in the genomes could be responsible of this host adaptation. The productivity of the infections in both hosts has been studied as it constitutes a key point for the development of a biocontrol agent. The productivity in P. operculella (1.36 to 2.69 × 108 OBs/ mg) and T. solanivora (0.48 to 3.64 × 108 OBs/mg) are not very different. Genotypically mixed populations cannot be differentiated from homogeneous populations by their total production in one or the other host, however, the yields (virus output/doses to infect) show clear differences, mixed populations (natural or artificial) perform better in both hosts. No reduction in the pathogenicity for one host was observed after few cycles of replication of the virus population in the second host. Virus populations originally adapted to P. operculella had evolved to infect T. solanivora. In regions where both host are present, the populations developed a strategy to be efficient on both hosts.

Au cours des dernières décennies, la détérioration de la santé des forêts a entraîné des épidémies fréquentes des ravageurs et pathogènes. Ces phénomènes menacent la capacité des forêts à fournir des biens et services écosystémiques à la société. Il est donc nécessaire de maintenir la santé des arbres et de réduire les effets des parasites et des agents pathogènes. Cette thèse considère trois problèmes de gestion du point de vue économique : l'invasion actuelle, l'invasion attendue d'un agent pathogène, et les attaques d'un parasite endémique. À partir de ces trois problèmes de gestion, la thèse vise à évaluer les impacts des ravageurs et des pathogènes forestiers et à informer sur la manière dont les ressources peuvent être réparties de façon optimale pour assurer la fourniture de biens et de services par la forêt à long terme.Les invasions biotiques ont un impact sur les prix des produits du bois du fait des chocs d'approvisionnement qui, à leur tour, influencent les choix de gestion forestière. Ceci permet d'introduire des effets de réaction entre les dynamiques écologiques et de marché. Le premier article vise à évaluer ces impacts en combinant un modèle d’équilibre partiel avec des modèles de diffusion spatiale et de mortalité, calibrés pour représenter le dépérissement du Frêne en France (causé par le pathogène Hymenoscyphus fraxineus). Les résultats montrent que les impacts dépendent généralement de la distribution des ressources, de la propagation du pathogène et de la structure du marché. On observe que les choix d’adaptation des gestionnaires forestiers (c'est-à-dire les choix de régénération et de récolte) sont une composante non négligeable de la perte de volume totale.Le deuxième article est axé sur la surveillance et le contrôle d’une invasion attendue. La surveillance et la détection précoce des espèces envahissantes sont importantes pour atténuer les dommages et réduire les coûts de contrôle. Dans le cas où plusieurs propriétaires sont concernés, l’effort de surveillance des propriétaires plus proches du point d'introduction n’est pas optimal, car il ne prend pas en compte les effets négatifs de l'invasion dans les propriétés voisines. Grâce à un jeu différentiel, combiné à un modèle épidémiologique, nous avons calculé la solution non coopérative et coopérative. Nous avons conçu un paiement monétaire pour soutenir la coopération en fonction d'une décomposition intertemporelle du système de négociation de Nash. Les résultats nous montrent que ce paiement garantit que l’accord entre les deux propriétaires est crédible et incitatif. Le modèle est calibré pour l’éventuelle invasion du nématode du pin (Bursaphelenchus xylophilus) dans le Massif Landais.L'objectif principal du troisième article est d'adapter la gestion forestière aux perturbations biotiques et abiotiques. On combine le modèle classique de Faustmann avec un modèle dynamique de population de ravageurs et un modèle de tempête pour calculer l'âge de coupe optimale et le bénéfice actualisé en séquence infinie (BASI) pour différents scénarios de perturbations. Le modèle est appliqué aux dégâts de la chenille processionnaire du pin (Thaumetopoea pityocampa) dans les Landes. Nos résultats ont montré que les tempêtes ont tendance à réduire l'âge optimal de la récolte, alors que le parasite tend à l'augmenter. Les éclaircies augmentent la rentabilité et constituent une stratégie de couverture efficace contre les deux risques. Dans le troisième article, nous avons introduit une règle de décision cut-or-keep pour modéliser le problème du propriétaire forestier après une tempête. Ces implications en termes de gestion sont étudiées plus en détail dans le quatrième article. Notre règle de décision conduit à des gains plus élevés (dans environ 75% des cas) qu’en suivant la règle, généralement utilisée en économie, qui consiste à couper et à replanter les arbres survivants indépendamment du niveau de dégâts. / In recent decades, the deterioration of forest health resulted in frequent pests’ outbreaks and the diffuse pathogens’ presence. These phenomena threaten forests’ ability to supply ecosystem goods and services to the society. It is therefore necessary to maintain tree health and reduce pest’s and pathogen’s impacts. This thesis approaches three management problems from an economic perspective such as the current invasion and the incumbent invasion of a forest pathogen as well as the outbreaks of a native pest. Starting from these three pest and pathogen management problems, the thesis aims at assessing the impacts of forest pests and pathogens and, secondly, informing how resources can be optimally allocated for assuring the long-term provision of good and services.Pest and pathogens invasions have an impact on the prices of wood products via supply shocks, which, in turn, influence forest management choices, thus introducing feedback effects between market and ecological dynamics at a large scale. The first paper aims at evaluating these impacts by combining a recursive partial equilibrium model with spatial-explicit pathogen-spread and pathogen-induced mortality models calibrated to represent the ash dieback in France (caused by the pathogen Hymenoscyphus fraxineus). Results showed that impacts are not homogeneous across regions and generally depend on the resource distribution, pathogen spread and market structure. We observed that the behavioural adaptation of forest managers (i.e., regeneration and harvesting choices) is a non-negligible component of the total standing volume loss.The second paper focusses on monitoring and control of an incumbent invasion. Monitoring and early detection of invasive species is important to mitigate the damages and reduce the control costs. However, when multiple decision-makers are involved, the monitoring effort of frontier landowners (landowners closer to the introduction point) is suboptimal because it does not consider the negative impacts of the invasion spreading to neighbouring properties. Through a two-player differential game combined with an epidemiological compartmental model, we computed the non-cooperative and the cooperative solution. We designed a monetary payment to sustain cooperation based on an intertemporal decomposition of the Nash bargaining scheme. We showed that this payment assured time-consistent outcomes, meaning that the ex-ante agreement between the two landowners was credible and self-enforcing. The model was calibrated for the possible invasion of the pine wilt nematode (Bursaphelenchus xylophilus) in south-western France.In the last two papers, the analysis is downscaled from the landscape level to the stand level and concentrates on a native defoliator pest. The main objective of the third paper is to adapt forest management to biotic and abiotic disturbances. The classic Faustmann model was combined with a pest population model and a windstorm model to compute the optimal rotation age and the land expectation value (LEV) for different disturbances scenarios. The model was calibrated for maritime pine (Pinus pinaster) plantations in south-western France and Pine Processionary Moth (PPM, Thaumetopoea pityocampa) cyclical outbreaks. Our results showed that storms tend to reduce the optimal harvest age, whereas PPM tends to increase it. Overall, the impact of PPM on the rotation length prevails and, here, risks increase rather than decrease the optimal rotation length. Thinnings increased profitability and constitute an effective hedging strategy against both risks. In the third paper, we introduced a cut-or-keep decision rule to model the forest owner problem after a storm event. Its economic and management implications are further investigated in the fourth paper. Unlike previous economic studies which assumed clearing and replanting regardless of the level of damages, the cut-or-keep condition led to higher payoffs in roughly 75% of the cases.