Les systèmes intégrés d’aquaculture multi-trophique (IMTA) proposent de limiter les rejets dans l’environnement en associant la culture d’espèces de niveaux trophiques différents et le recyclage des déchets. Les détritivores sont un groupe trophique intéressant car ils permettent l’extraction de matière organique particulaire. Hediste (Nereis) diversicolor est un polychète qui connait un intérêt croissant du fait de sa capacité de bioturbation dans les sédiments et de sa haute valeur commerciale en tant qu’appât et nourriture potentielle pour animaux. L’objectif principal de cette thèse est d’évaluer le potentiel d’ H. diversicolor dans la bio-remédiation des rejets solides en système IMTA. Plus spécifiquement, l’étude a eu pour objectifs : i) de calibrer une nouvelle méthode de mesure des composés organiques des rejets (azote, carbone, phosphore, lipides), ii) d’évaluer l’activité métabolique (respiration) d’H. diversicolor nourries aux fèces de Dicentrarchus labrax en fonction de leur taille et de différentes températures, et iii) d’utiliser un modèle bioénergétique pour simuler croissance, respiration et excrétion d’H. diversicolor selon différents scenarios IMTA.Pour obtenir une caractérisation rapide des composés organiques, une méthode novatrice (NIRS) a été calibrée. Les composés des rejets ont varié entre 44-77% de matière organique, 2-5% d’azote organique total, 11-51% de carbone organique total, 9-26 de rapport carbone/azote, 1-3% phosphore total and 2-12% de lipides (% de matière sèche).Les taux métaboliques de H. diversicolor nourries aux fèces ont été estimés par consommations d’oxygène à différentes températures (11, 17, 22 and 27°C). Les effets de la température et de la taille du ver sur les consommations en oxygène ont été significatifs, mais ces niveaux de respiration (12.3 µmol g-1 de poids sec h-1 à 20°C) correspondaient probablement à un métabolisme basal dû aux conditions expérimentales (jeun et obscurité).Les simulations du modèle DEB H. diversicolor ont été comparées aux données expérimentales de taux de croissance, de respiration et d’excrétion, ce qui a permis de corroborer les prédictions du modèle. Le modèle DEB a permis de tester différents scenarios pour prédire les réponses métaboliques, la croissance, la maturité et la reproduction d’ H. diversicolor à différentes températures (5 à 25°C) et disponibilité alimentaire (f variant de 0.5 à 1, correspondant à la disponibilité des fèces). Le modèle DEB s’est avéré être un outil utile pour prédire les réponses physiologiques sous différentes conditions environnementales dans un contexte IMTA. / Integrated Multi-Trophic Aquaculture (IMTA) systems are based on the concept of limiting aquaculture discharges associating species of different trophic levels to reuse wastes. Deposit-feeders are one trophic group that has gained attention for the extraction of particulate organic matter. Hediste (Nereis) diversicolor is a polychaete species that has gained increasing interest for its bioremediation capacity through bioturbation activity in sediments, and high commercial value as fish bait and animal food sources. The main objective of this thesis was to evaluate the fish waste bioremediation capacity of polychaete H. diversicolor in IMTA context. More specifically, i) to predict organic compounds (nitrogen, carbon, phosphorus, lipids) in marine fish waste, ii) to evaluate the metabolic responses - respiration - of H. diversicolor fed with solid waste of seabass Dicentrarchus labrax at different temperatures and body size, and iii) to use a bioenergetic model (DEB) to simulate growth, oxygen consumption and excretion in different IMTA scenarios.To provide fast characterization of organic compounds we used an innovative method based on near infrared reflectance spectroscopy (NIRS). Chemical content of the waste measured by NIRS models after calibration, ranged from 44-77% organic matter, 2-5% total organic nitrogen, 11-51% total organic carbon, 9-26 carbon/nitrogen ratio, 1-3% total phosphorus and 2-12% lipids (% of dry matter).Fish waste fed H. diversicolor metabolic rates were evaluated through oxygen consumption at different temperatures (11, 17, 22 and 27°C). The effect of temperature and worm body size was significant on oxygen consumptions, however these respiration measures (12.3 µmol g-1 of dry weight h-1 at 20°C) may represent basal metabolic rate due to experimental conditions (starvation, darkness).DEB model of H. diversicolor was compared to experimental data on growth, respiration and excretion rates, which corroborated DEB model predictions. DEB was then applied to test different scenarios predicting metabolic responses, growth, maturity and reproduction of H. diversicolor at different temperatures (5 to 25°C) and food levels (f varying from 0 to 1, corresponding to fish waste loading). DEB revealed to be a useful tool in IMTA context, predicting physiological responses in different environmental conditions.

Les écologistes reconnaissent depuis longtemps que les organismes sont soutenus par le flux, l’emmagasinage et le renouvellement d’énergie et de matériel de l’écosystème, puisqu’ils sont nécessaires au métabolisme biologique et à la construction de biomasse. L’importance des organismes dans la régularisation des processus écosystémiques est maintenant de plus en plus considérée. Situé au centre des chaînes trophiques aquatiques, le zooplancton influence les flux d’énergie et de matériel dans les écosystèmes. Plusieurs de leurs caractéristiques sont connues comme étant de bons indicateurs de leur effet sur l’environnement, notamment leur taille, contenu corporel et taux métabolique. La plupart de ces caractéristiques peuvent être appelées « traits fonctionnels ». Alors que l’emploi des traits devient de plus en plus populaire en écologie des communautés aquatiques, peu ont su utiliser cette approche afin de concrètement lier la structure des communautés zooplanctoniques aux processus écosystémiques. Dans cette étude, nous avons colligé les données provenant d’une grande variété de littérature afin de construire une base de données sur les traits du zooplancton crustacé contribuant directement ou indirectement aux flux de C, N et P dans les écosystèmes. Notre méta-analyse a permis d’assembler plus de 9000 observations sur 287 espèces et d’identifier par le fait même ce qu’il manque à nos connaissances. Nous avons examiné une série de corrélations croisées entre 16 traits, dont 35 étaient significatives, et avons exploré les relations entre les unités taxonomiques de même qu’entre les espèces marines et d’eaux douces. Notre synthèse a entre autres révélé des patrons significativement différents entre le zooplancton marin et dulcicole quant à leur taux de respiration et leur allométrie (masse vs. longueur corporelle). Nous proposons de plus une nouvelle classification de traits liant les fonctions des organismes à celles de l’écosystème. Notre but est d’offrir une base de données sur les traits du zooplancton, des outils afin de mieux lier les organismes aux processus écosystémiques et de stimuler la recherche de patrons généraux et de compromis entre les traits. / Ecologists have long recognized that organisms are sustained by the flux, storage and turnover of ecosystem energy, which fuels biological metabolism, and material, used to construct biomass. Over the past three decades, the importance of individual organisms in regulating ecosystem processes, such as consumer-driven nutrient cycling, has been increasingly recognized. Occupying a central position in aquatic food webs, zooplankton are known to influence other trophic levels and exert a strong influence on energy fluxes or material processing in ecosystems. Several species’ characteristics have been pointed out as being good indicators, or predictors, of the effect of zooplankton on their environment, including individual body size, corporal stoichiometry and specific physiological rates. Most of these characteristics can also be termed “functional traits”. While the use of traits has recently gained popularity amongst aquatic community ecologists, few have applied this approach to concretely link zooplankton community structure to ecosystem processes. In the present study, we compiled data from a wide variety of literature to construct a database of crustacean zooplankton species and their traits contributing directly or indirectly to C, N or P ecosystem fluxes. Our literature search yielded over 9000 empirical observations on 287 different species and thereby allowed identification of knowledge gaps in the literature. We explored trait relationships amongst taxonomic units and between marine and freshwater habitats. Of all cross-correlations tested among 16 zooplankton traits, 35 were significant, with most traits being related to body mass. Our synthesis revealed significantly different patterns between freshwater and marine zooplankton respiration and allometry (body mass vs. length). We propose a novel trait classification scheme according to both organismal and ecosystem functions. Our goal is to provide a database for zooplankton functional traits, tools to link organisms to ecosystem processes, and to promote a search for general patterns and trade-offs amongst traits.

Cette thèse a pour but de comprendre les implications des relations entre réseau trophique vert et réseau trophique brun sur la stabilité et le fonctionnement des réseaux trophiques. Les interactions entre ces deux réseaux, respectivement fondés sur la photosynthèse et la consommation de la matière organique morte, sont essentielles au fonctionnement des écosystèmes : l'un produit de la matière organique à partir de nutriments minéraux et l'autre recycle les nutriments contenus dans la matière organique morte. Cette question est abordée à l'aide de deux modèles théoriques et d'une étude expérimentale. Mon premier modèle montre que la boucle de rétroaction induite par le recyclage des nutriments dans un réseau trophique exclusivement vert a un effet stabilisant sur les dynamiques d'une chaîne trophique et un effet enrichissement à cause de la remise à disposition pour les producteurs primaires des nutriments excrétés par l'ensemble des organismes du réseau trophique. Cependant seul l'effet enrichissement, qui est déstabilisant, persiste dans un modèle de réseau trophique. Mon second modèle intègre le réseau brun de manière explicite et montre que ce réseau est davantage déstabilisé que le réseau vert lorsque la disponibilité en nutriments augmente. Cette effet est amplifié si la majeure partie de l'excrétion se fait sous forme de détritus qui déstabilisent le réseau brun par un effet d'enrichissement. Ce modèle montre également que la survie des consommateurs est améliorée lorsqu'ils peuvent consommer des proies provenant des deux réseaux. Mon expérience en mésocosmes aquatiques a permis d'étudier les effets en cascades entre réseaux vert et brun via une filtration de la lumière (manipulation directe du réseau vert), l'ajout de carbone organique dissous (manipulation directe du réseau brun) et l'ajout de poissons (manipulation de la structure du réseau trophique). Nous n'avons pas observé d'effets en cascade du réseau vert sur le réseau brun et inversement, notamment à cause d'un ajout probablement trop faible de carbone dissout. Les poissons ont eux eu un fort effet sur les deux réseaux avec des effets positifs sur le phytoplancton lorsque la lumière est réduite à cause de la diminution de la limitation par les nutriments grâce à l'excrétion des poissons, une augmentation de la concentration en carbone organique dissout et une modification du profil métabolique de la communauté bactérienne benthique. Un modèle annexe montre quant à lui que la plasticité du métabolisme chez les organismes, c'est-à-dire leur capacité à réduire ou à augmenter leur métabolisme en fonction de la disponibilité en ressources afin de maximiser leur bilan énergétique permet de stabiliser les dynamiques d'une chaine trophique en diminuant la variabilité temporelle des biomasses des espèces. Dans un réseau trophique, cette stabilisation se traduit par une augmentation de la persistance des espèces. Cette thèse a permis de mieux relier l'écologie des communautés à l'écologie fonctionnelle, améliorant ainsi notre compréhension des conséquences de grands processus écosystémiques comme le recyclage des nutriments sur la stabilité des réseaux trophiques et des effets de la structure de ces réseaux sur le fonctionnement des écosystèmes. / The aim of this thesis is to understand the implications of the relationships between green and brown food webs on the stability and functioning of food webs. The interactions between these two food webs, based respectively on photosynthesis and the consumption of dead organic matter, are essential for the functioning of ecosystems: one produces organic matter from mineral nutrients and the other one recycles the nutrients contained in dead organic matter. I address this by using two theoretical models and an experimental study. My first model shows that the feedback loop induced by nutrient cycling in an exclusively green food web has a stabilising effect on species dynamics in a food chain and an enrichment effect due to the excretion of nutrients that are available again for primary producers. However, only the enrichment effect, which is destabilising, persists in a food web model. My second model integrates a true brown food web and shows that this food web is more destabilised than the green food web when nutrient availability increases. This effect is amplified if most of nutrients are excreted as detritus that destabilises the brown food web through an enrichment effect. This model also shows that consumer survival is improved when they can consume prey from both green and brown food webs. My experiment in aquatic mesocosms enabled me to study the cascading effects between green and brown food webs thanks to light filtration (direct manipulation of the green food web), the addition of dissolved organic carbon (direct manipulation of the brown food web) and the addition of fish (manipulation of food web structure). We did not observe any cascading effects of the green food web on the brown food web and vice versa, probably because of a too low addition of dissolved carbon. The fish had a strong effect on both green and brown food webs with positive effects on phytoplankton when light is filtered because of the decreased nutrient limitation thanks to fish excretion, an increased concentration of dissolved organic carbon and a change in the metabolic profile of the benthic bacterial community. An additional model shows that the plasticity of metabolic rate, that is the ability of organisms to increase or decrease their metabolic rate depending on resource availability in order to optimise their energy budget, stabilises species dynamics in a food chain model by decreasing biomass time variability. Such a stabilising effect results in increase of species persistence in a complex food web model. This thesis is an additional step to better link community ecology to functional ecology, thus improving our understanding of the consequences on food web stability of major ecosystem processes such as the nutrient cycling and the effects of food web structure on ecosystem functioning.