Le silicium (Si) sous forme dissoute (DSi) est indispensable à la croissance des diatomées, (microalgues) qui sont un élément clé des réseaux trophiques aquatiques terrestres et océaniques et qui jouent un rôle majeur dans le cycle global du carbone. La construction d’un modèle global du cycle de Si le long du continuum aquatique continent-océan a permis de mettre en évidence l’importance de la zone de transition fleuve-mer pour le transfert du silicium continental vers les océans. Ce transfert est influencé par les diatomées planctoniques qui fixent le DSi et, en sédimentant, retiennent une partie du silicium continental dans les sédiments des estuaires. Les modifications des flux de Si continentaux par les diatomées planctoniques dans les estuaires ont été clarifiées par : 1) des expériences sur l’écophysiologie d’une diatomée d’eau douce euryhaline (Cyclotella meneghiniana) particulièrement peu affectée par l’augmentation de salinité subi par le plancton lors de son transport des fleuves à la mer, 2) l’étude de la dissolution de la silice biogénique (bSiO2) qui constitue la coque externe des diatomées, et notamment l’effet de la salinité et des bactéries sur ce processus de recyclage du DSi, 3) la reconstitution du mélange des eaux et des diatomées dans un estuaire par l’expérimentation (3 espèces de diatomées dans un gradient salin artificiel) et par la construction et l’utilisation d’un modèle de Si dans la zone de mélange estuarienne. Les résultats soulignent notamment l’importance des variations de salinité, de la turbidité de l’eau, de la nature des diatomées de rivière (sténohalines versus euryhalines) et de la viabilité des cellules sur les transformations et la rétention du silicium dans la zone de transition fleuve-mer.

RESUME L’objectif de cette thèse est d’identifier les mécanismes qui concourent à la reconstitution de la végétation initiale et d’établir un ensemble d’indicateurs permettant la caractérisation des différentes séries écologiques de la dynamique post-culturale. Les processus de reconstitution de la végétation sont abordés, en mode synchrone, sur base de relevés phytosociologiques effectués dans des parties des réserves naturelles qui ont connu jadis des défrichements illicites et actuellement mises en défens pour des soucis de la restauration. Dans un premier temps, cette étude revient sur l’intérêt méthodologique de la courbe aire-espèces dans l’approche expérimentale de la surface optimale représentative d’un échantillon floristiquement homogène. Il apparaît que la diversité floristique des jachères est fonction du stade de la succession. L’aire minimale sur laquelle s’effectuent les relevés phytosociologiques varie selon l’âge de la jachère Dans un second temps, cette étude fournit des indicateurs permettant la caractérisation du processus de la reconstitution de la végétation initiale. L’individualisation des groupements montre que les jeunes jachères renferment des groupements culturaux et post-culturaux. La dominance des adventices de cultures, généralement annuelles ou bisannuelles, est confirmée. Les jachères des stades intermédiaires sont dominées par des groupements graminéens presque mono-spécifiques et les jachères des stades avancés par des groupements des forêts secondaires parfois savanicoles susceptibles de reconstituer les forêts denses. L’évolution des traits biologiques le long du gradient successionnel montre que les stades jeunes sont caractérisés par des thérophytes à diaspores sclérochores souvent anémochores contrairement aux stades âgés dominés par des phanérophytes à diaspores sarcochores essentiellement zoochores. De plus, la proportion d’espèces à large distribution diminue avec l’âge de la jachère contrairement aux espèces à distribution régionale. Enfin, l’intégration des indicateurs pertinents dans une seule variable permet la définition d’indices successionnels et de tester leur efficacité. Parmi trois indices définis, l’efficacité de deux indices (Indice successionnel de forme de vie et Indice successionnel de dispersion) s’est révélée significative. L’application de ces deux indices successionnels pertinents dans le suivi-évaluation des projets de restauration écologique permettrait donc de formuler des conclusions satisfaisantes. Leur utilisation dans les suivi de la dynamique post-culturale de nos stations a montré qu’ils permettent (i) de détecter le sens de la succession (régressive ou progressive), (ii) d’orienter le choix du type d’intervention (active ou passive) le mieux approprié, (iii) de fixer le seuil d’irréversibilité d’un écosystème et (iv) d’opérer des comparaisons entre écosystèmes et régions. La restauration écologique des stations de Ruvubu et Kigwena exigent un système de gestion durable et de conservation capable d’assurer la cicatrisation et la reconstitution de la végétation initiale. Les stations de Ruvubu et Rusizi nécessiteraient l’intervention active favorisant le développement d’espèces natives disparues et l’élimination ou le contrôle d’espèces exotiques invasives. Mots clés : écologie de la restauration, succession écologique, indicateurs, indices, traits biologiques, stratégies adaptatives, Burundi.

L’environnement lumineux de l’Océan Arctique est unique en raison d’interactions complexes entre la lumière et le couvert de glace de mer enneigé, et les oscillations de photopériodes extrêmes. Le succès des organismes photosynthétiques arctiques suggère donc des mécanismes de régulation flexibles qui permettent la survie lors de longues périodes d’obscurités, la capture de photons dans la pénombre sous la glace et la photoprotection rapide lors d’éclairements excessifs soudains. Les diatomées sont les producteurs primaires arctiques principaux. Elles exploitent le continuum de niches lumineuses induit par la transformation saisonnière de leur habitat au cours d’une succession de formes de vie sympagiques (glace) et planctoniques (eau). Lorsque la photosynthèse sature, les diatomées dissipent l’énergie lumineuse excessive en chaleur via le quenching non-photochimique (NPQ), principalement contrôlé par l’action du cycle des pigments xanthophylles (XC). Généralement, chez les diatomées, l’opération de ces mécanismes de photoprotection est finement adaptée à leur niche lumineuse. Cependant, peu d’études se sont intéressées aux souches arctiques, malgré les profonds contrastes de niches lumineuses qu’elles surmontent (glace, sous la glace, eaux de fontes, eaux libres). Ce manque de données entrave nos capacités à anticiper l’impact de l’intensification de l’environnement lumineux de l’océan Arctique, causée par la réduction de la superficie et de l’épaisseur du couvert neige-glace, sur l’intégrité écosystémique. Nous avons étudié les réponses à la lumière de cinq espèces de diatomées arctiques représentatives des différentes phases et habitats de leur succession saisonnière. Les espèces sympagiques ont exprimé une stratégie photoadaptative survivaliste, caractérisée par une croissance saturée à faible éclairement et un fort NPQ longuement maintenu à l’obscurité. Les espèces planctoniques ont montré une plus grande flexibilité d’exploitation de la lumière et une importante photoprotection activée par des éclairements intense et l’obscurité prolongée. Ces stratégies photoadaptatives divergentes gouverneront probablement des réponses hétérogènes à l’intensification de l’environnement lumineux arctique. / Over their highly productive seasonal succession, Arctic diatoms occupy shifting habitats and contrasted light climates defined by snow/ice cover dynamics and extreme photoperiod variations. These unique light environment features suggest Arctic diatoms are well adapted to survive prolonged darkness periods, exploit minimal light in snow-covered sea-ice and overcome spontaneous excessive, and potentially harmful, light exposures. Diatoms mitigate photooxidative damages by dissipating oversaturating light energy as heat via the non-photochemical quenching (NPQ), mainly regulated by the xanthophyll cycle (XC). How heterogeneous light niches influence Arctic diatoms photoadaptative traits remains largely unknown and a crucial missing link to apprehend Arctic Ocean’s response to shrinking sea-ice and increasing illumination. To address this question, we selected five Arctic diatoms species harbouring diverse life traits and representative of distinct phases across the seasonal light niche continuum: from snow-covered dimly lit bottom sea-ice to summer stratified waters. To access how Arctic diatoms cope with a heterogeneous light environment, we studied their acclimation to two light intensities and subsequent darkness incubations, and parametrized NPQ-XC induction upon light shifts. Our results highlight the sea-ice cover as a strong selective force shaping Arctic diatoms photoadaptative strategies. Ice-related species exhibited a survivalist photoadaptive strategy with growth saturating at low irradiance and strong photoprotective capabilities sustained even in darkness. Open-water species photophysiology was more dynamic, expressing flexible light utilisation capacities and great photoprotection capacities triggered by high light and darkness. Ice-edge species showed strong adaptation to light fluctuations and dark physiology fine-tuned depending upon light history. We argue that diverging photoadaptative strategies foster Arctic diatom success in their respective seasonal niches and will likely drive uneven responses to a transforming Arctic Ocean.

L'approche écotoxicologique ne se limite pas à l'évaluation des risques de toxicité de pesticides sur les organismes, elle s'élargit à la nécessité d'évaluer, à l'échelle de l'écosystème aquatique, les conséquences de la perturbation sur les communautés et les descripteurs de bio-indication associés. Dans ce contexte, les biofilms phototrophes d'écosystèmes aquatiques constituent un modèle d'étude pertinent de par la complexité des structures de communautés microbiennes, leur dynamique spatiale et temporelle, et la variété des fonctions hébergées. Par une première approche écologique, la manipulation de la structure de communautés microbiennes de biofilms phototrophes a été explorée en conditions " naturelles " dans des rivières, et en conditions " contrôlées " avec un prototype de bioréacteur photosynthétique à écoulement hydrodynamique du type Taylor - Couette. Ces expériences soulignent que la structure des communautés microbiennes résulte de processus de successions écologiques, gouvernés par des facteurs allogènes et/ou autogènes en fonction de leur stade de maturation. Enfin par une seconde approche écotoxicologique, les réponses structurelles et fonctionnelles de biofilms phototrophes exposés à l'alachlore ont été évaluées en intégrant le stade de maturation (facteurs autogènes) et l'histoire (facteurs allogènes) des biofilms phototrophes. Les résultats désignent les biofilms phototrophes comme des outils prometteurs en tant que bio-indicateurs de la qualité des eaux lorsqu'ils sont caractérisés par une approche multi-métrique composée de descripteurs fonctionnels et structurels

Le silicium (Si) sous forme dissoute (DSi) est indispensable à la croissance des diatomées, (microalgues) qui sont un élément clé des réseaux trophiques aquatiques terrestres et océaniques et qui jouent un rôle majeur dans le cycle global du carbone.<p>La construction d’un modèle global du cycle de Si le long du continuum aquatique continent-océan a permis de mettre en évidence l’importance de la zone de transition fleuve-mer pour le transfert du silicium continental vers les océans. Ce transfert est influencé par les diatomées planctoniques qui fixent le DSi et, en sédimentant, retiennent une partie du silicium continental dans les sédiments des estuaires.<p>Les modifications des flux de Si continentaux par les diatomées planctoniques dans les estuaires ont été clarifiées par :<p>1) des expériences sur l’écophysiologie d’une diatomée d’eau douce euryhaline (Cyclotella meneghiniana) particulièrement peu affectée par l’augmentation de salinité subi par le plancton lors de son transport des fleuves à la mer,<p>2) l’étude de la dissolution de la silice biogénique (bSiO2) qui constitue la coque externe des diatomées, et notamment l’effet de la salinité et des bactéries sur ce processus de recyclage du DSi,<p>3) la reconstitution du mélange des eaux et des diatomées dans un estuaire par l’expérimentation (3 espèces de diatomées dans un gradient salin artificiel) et par la construction et l’utilisation d’un modèle de Si dans la zone de mélange estuarienne.<p>Les résultats soulignent notamment l’importance des variations de salinité, de la turbidité de l’eau, de la nature des diatomées de rivière (sténohalines versus euryhalines) et de la viabilité des cellules sur les transformations et la rétention du silicium dans la zone de transition fleuve-mer. / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Les mesures de végétalisation ou de restauration écologique nécessitent de comprendre les mécanismes qui sous-tendent les changements de composition et de structure de la végétation au cours de la succession écologique. Des perturbations, d’intensité et fréquence variables, naturelles ou causées par l’Homme, agissent souvent en interaction sur la dynamique temporelle de la végétation. Cependant, l’influence d’une perturbation récurrente combinée aux changements écologiques au cours de la succession est restée peu étudiée jusqu’à présent.Les communautés végétales de talus routiers représentent un modèle pertinent pour étudier cette problématique. L’historique d’aménagement et de gestion des talus est particulièrement bien renseigné ; on a donc une connaissance précise de l’âge des communautés et de leur régime de perturbation par la fauche. Les talus routiers fournissent ainsi un plan quasi-expérimental in situ permettant l’étude des processus qui affectent l’assemblage des communautés au cours de la succession sous l’influence d’une perturbation récurrente.L’objectif principal de cette étude est de caractériser la dynamique successionnelle initiée par la mise en place d’un talus routier en région méditerranéenne et de déterminer les processus écologiques et les facteurs environnementaux influençant cette dynamique. On s’intéresse en particulier à l’influence de la fauche récurrente sur cette dynamique.Pour cela, nous avons étudié la composition floristique et la diversité des traits fonctionnels (traits foliaires et de phénologie de floraison principalement) de la végétation de talus routiers de l’Hérault (France). Chaque talus inclut une partie fauchée et une partie non fauchée, l’ensemble formant une chronoséquence sur près de 70 ans.L’analyse des variations taxonomiques entre les communautés végétales de talus routiers montre un large remplacement des espèces au cours de la succession. Ce turnover floristique est associé à des changements fonctionnels au sein des communautés. Ces derniers sont structurés par des filtres environnementaux qui influent (1) sur la synchronie de floraison entre espèces au sein des communautés au cours du temps et (2) sur la diversité de combinaisons de traits fonctionnels entre communautés d’âge similaire. Ces changements de filtres environnementaux au cours du temps semblent liés à des changements pédologiques et à l’augmentation de l’hétérogénéité spatiale des conditions de lumière et de température (avec la fermeture progressive de canopée). La fauche altère les trajectoires floristiques et fonctionnelles, notamment en provoquant un ralentissement du changement de stratégie d’utilisation des ressources au cours de la succession par rapport à la trajectoire naturelle, sans fauche. De plus, cette perturbation récurrente induit une augmentation de la diversité taxonomique et fonctionnelle au sein des communautés alors qu’elle la réduit entre communautés d’âge similaire. Finalement, la fauche agit comme un filtre environnemental supplémentaire sur l’assemblage des communautés au cours de la succession et induit une homogénéisation de la végétation entre communautés d’âge similaire.Les conclusions de cette étude contribuent à la connaissance écologique fondamentale. En termes d’implications pour la gestion des communautés végétales de talus routiers, nos conclusions suggèrent, entre autres, que l’association de végétation fauchée et non fauchée au sein des mêmes sites pourrait servir d’habitat pour une plus grande diversité de faune associée. Cette association permettrait de plus d’avoir un rendu paysager agréable aux usagers de la route, tout en garantissant une bonne visibilité pour la sécurité routière. / The success of revegetation or ecological restauration highly depends on our knowledge of mechanisms underlying changes in composition and structure of the vegetation along the ecological succession. Natural or human-induced disturbances of varying intensity and frequency often occur simultaneously to influence vegetation temporal dynamics. However, the influence of a recurrent disturbance combined with ecological changes along plant succession remains poorly documented.Plant communities growing on road slopes are particularly appropriate to study this issue. Construction work and management history are well documented, so that the age of the vegetation and its disturbance regime by mowing can be precisely informed. Thus, road slopes plant communities represent an in situ quasi-experimental framework particularly adapted to study processes affecting community assembly along the ecological succession under the influence of a recurrent disturbance.The principal objective of this study is to characterise the successional dynamic initiated after road slope construction in the Mediterranean area, and to identify the ecological processes and environmental factors influencing this dynamic. We particularly focused on the influence of recurrent mowing on this dynamic.We studied the floristic composition and the diversity of functional traits (mainly leaf traits and flowering phenology traits) in a 70-year long chronosequence of French Mediterranean (Hérault, France) road slopes, each including both mown and unmown vegetation.The analysis of taxonomical variations between road slopes plant communities reveals a large species turnover along the ecological succession. This floristic turnover relates with functional changes within communities. These functional changes are structured by environmental filters influencing flowering synchrony within communities on one hand, and the diversity of a combination of functional traits between communities of similar age on the other hand. These environmental filters changing along the succession relate with changing soil parameters and increasing spatial heterogeneity of light and temperature conditions with canopy closure.Mowing alters floristic and functional trajectories along the succession, notably through the decrease of speed in resource-use strategy changes along the succession in mown communities compared to unmown communities. In addition, this recurrent disturbance increases taxonomic and functional diversity within communities, while it decreases taxonomic and functional turnover between communities of the same age. Finally, mowing acts as an additional environmental filter on community assembly along the succession and homogenises vegetation between communities of the same age.The conclusions of this study provide basic knowledge in ecology. It also has implications for the management of road slopes plant communities in the perspective of their revegetation after construction work. Our conclusions suggest, amongst others, that combining mown and unmown vegetation could provide habitats for a higher diversity of associated fauna. In addition, it would allow vegetation to be pleasant to road users, while still ensuring a good visibility for road safety.

Les formes de croissance végétales ont fait l'objet de nombreuses études mais elles constituent encore aujourd'hui un ensemble mal défini et sans cesse remis en question en raison de l'incohérence et de l'hétérogénéité des méthodes employées pour les analyser. Cette imprécision a des répercussions négatives lorsque les formes de croissance sont utilisées dans l'étude des communautés végétales et de leur dynamique. Nous avons tenté de remédier partiellement à cette situation en appliquant à certaines d'entre elles la méthode d'analyse architecturale initiée par Hallé et Oldeman dont l'efficacité s'est avérée remarquable pour la compréhension des formes arborescentes.L'étude était destinée 1) à interpréter ces formes de croissance et leur variabilité à l'aide des concepts architecturaux, 2) à suivre les changements des traits architecturaux au sein d'une communauté végétale se développant sur des talus, lors d'une chronoséquence et en fonction de différents gradients environnementaux. Nos observations montrent que 1) les concepts et les traits architecturaux sont applicables aux formes de croissance herbacées, suffrutescentes, et buissonnantes, 2) l'expression de la réitération est la source principale de variation structurale des formes de croissance aussi bien à l'échelle spécifique qu'infra-spécifique, 3) la valeur des traits architecturaux change au cours de la succession au sein de la communauté : les plantes vivant sur des talus jeunes ont une unité architecturale simple et réitèrent à la base alors que celles croissant sur des talus plus anciens ont des unités architecturales complexes et réitèrent de manière acrotone.Ces résultats nous conduisent à discuter de la valeur holistique de la méthode d'analyse architecturale pour la caractérisation des formes de croissance, des processus biologiques permettant de passer d'une forme de croissance à une autre et de l'intérêt pratique de l'utilisation des traits architecturaux dans l'étude des communautés végétales. / The growth forms of plant have been studied many times but they still represent nowadays a fuzzy set, often modified because of the inconsistency and the heterogeneity of the methods used in their analysis. This lack of precision often leads to an inconsistency of the use of the growth forms as a trait in the studies of plants communities and their dynamics. We tried to remedy this situation by applying to some of them the architectural analysis initiated by Hallé and Oldeman, which has been relevant for the understanding of the tree growth form.This study aimed to 1) interpret these growth forms and their variability by means of architectural concepts, 2) study architectural traits variation within roadsides plants communities during succession and in a mowing context. Our resultats show that 1) the architectural concepts and traits are applicable to herbaceous, treelet and bush grosth forms, 2) the expression of the reiteration is the main source of structural variation of growth forms at specific and intraspecific levels and 3) that traits values are changing during succession within the communities : Plants living at early successionnal stages got a simple architectural unit and reiterate at the base of the individual while plants living at late successional stages got complex architectural unit and acrotonic reiteration.These resultats lead us to discuss the holistic value of the architectural analysis for growth forms charaterisation, of biological processes allowing for growth form variation and the interest of the use of architectural traits in plant communities studies.

Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Dans le contexte d'études visant à établir des liens entre les paysages forestiers naturels actuels et la façon dont ils se sont transformés au cours de l'Holocène (variabilité naturelle), il est important de définir des stratégies sylvicoles qui répondent aux critères de la mise en place de l'aménagement écosystémique. Au sein du domaine bioclimatique de la pessière à mousses de l'Ouest du Québec, certains paysages forestiers sont aujourd'hui caractérisés par de vastes peuplements de début de succession dominés par le peuplier faux-tremble et le pin gris. Les objectifs de cette étude étaient 1) de reconstituer l'histoire postglaciaire de la végétation et des feux d'un secteur dominé par de tels peuplements, et 2) de préciser leur variabilité naturelle plurimillénaire. À cette fin, les paysages forestiers d'un territoire couvrant une superficie de 4000 km2 dans la région de la plaine du lac Matagami ont d'abord été caractérisés. Dans un deuxième temps, l'histoire de la végétation et des feux a été reconstituée à l'aide de l'analyse pollinique et anthracologique de deux tourbières. Les lieux de prélèvement des sédiments ont été choisis en fonction d'obtenir un enregistrement local et extra-local de l'histoire des forêts jouxtant chacune des tourbières. Les résultats montrent que la majeure partie de l'Holocène (7000 à 1000 ans A.A.) a été caractérisée des feux peu fréquents qui ont permis le maintien de paysages dominés par la pessière noire à sapin baumier. Au cours des 1000 dernières années, des feux plus fréquents et sans doute plus sévères et de plus grandes étendues ont provoqué une diminution de l'abondance du sapin et une augmentation des espèces de début de succession. Les feux du dernier millénaire seraient ainsi à l'origine des actuels peuplements de début de succession qui se maintiendraient selon une dynamique de récurrence.

Le drainage forestier en milieu boréal permet de rétablir des conditions hydrologiques propices à la croissance de l’épinette noire sur les pessières noires récoltées. Le but de cette étude était d’effectuer le suivi des plus vieux sites drainés de façon opérationnelle en Jamésie (Jutras et coll. 2002) plus de 20 ans après les travaux. L’efficacité du drainage a été mesurée par type écologique selon trois variables : la modification des communautés végétales, l’accroissement individuel de l’épinette noire ainsi que par le rendement forestier. Les comparaisons entre sites témoins et traités ont permis de cibler deux types écologiques où l’épinette noire réagit significativement au drainage dans le temps, soit RE37 et les RE39 riches. Pour les autres types écologiques étudiés, les conditions édaphiques étaient soit trop riches (RE26) ou trop pauvres (RE39 pauvre et très pauvre) pour que le drainage augmente significativement la croissance de l’épinette noire et le rendement forestier.