Les modèles d'occupation de niche au sein des communautés locales, la variabilité spatiale de la biodiversité le long des gradients environnementaux du stress et des perturbations, et les processus de succession végétale sont plusieurs sujets fondamentaux en écologie. Récemment, l'approche basée sur les traits est apparue comme un moyen prometteur de comprendre les processus structurant les communautés végétales et cette approche a même été proposée comme méthode pour reconstruire l'écologie communautaire en fonction des traits fonctionnels. Par conséquent, lier ces thèmes fondamentaux en utilisant une lentille fonctionnelle devrait nous donner un aperçu de certaines questions fondamentales en écologie et sera l'objectif principal de ma thèse. En général, mon projet de doctorat vise à étudier les structures de l'occupation de l'espace fonctionnel dans les gradients spatio-temporels. Plus précisément, l'objectif du chapitre 2 est (i) d'étudier les modèles d'occupation de la niche fonctionnelle en calculant trois métriques clés de niche (le volume total de niche fonctionnelle , le chevauchement des niches fonctionnelles et le volume de niche fonctionnel moyen) des communautés pauvres en espèces aux communautés riches en espèces et (ii) de déterminer le principal facteur de la structure observée de l'occupation de la niche fonctionnelle dans les communautés végétales du monde entier. Dans le chapitre 3, je vise à prédire et à expliquer la variation de la richesse en espèces selon les gradients de stress et de perturbation, en reliant le modèle d'équilibre dynamique et l'occupation de la niche fonctionnelle en fonction du cadre développé au chapitre 2. L'objectif du chapitre 4 est de tester expérimentalement l’application d'une méthode d'ordination CSR évaluée globalement en fonction de trois traits de feuilles (surface foliaire, teneur en matière sèche des feuilles et surface foliaire spécifique) dans les études locales. Enfin, l'objectif du chapitre 5 est de tester expérimentalement les hypothèses qui concilient les points de vue déterministes et historiquement contingents de la succession végétale, en étudiant la variation des divergences taxonomiques et fonctionnelles entre les communautés selon des gradients de stress et de perturbation. L'étude globale (chapitre 2) est basée sur une collection de 21 jeux de données, couvrant les biomes tropicaux et tempérés, et se compose de 313 communautés végétales représentant différentes formes de croissance. Les études locales (chapitre 3, 4 et 5) sont basées sur le même système expérimental constitué de 24 mésocosmes présentant différents niveaux de stress et de perturbation. L'expérience a commencé en 2009 avec le même mélange de graines de 30 espèces herbacées semées sur les 24 mésocosmes et s'est terminée en 2016. Nous avons permis la colonisation naturelle de graines de la banque commune de graines de sol et de l'environnement pendant la succession de sept ans. Dix traits ont été mesurés sur cinq individus (échantillonnés directement à partir des mésocosmes) par espèce par mésocosme en 2014 (chapitre 3 et 4). Un autre ensemble de traits (16 traits, y compris certains traits qui ne pouvaient pas être mesurés directement dans les mésocosmes), ont été mesurés au niveau de l'espèce (valeurs moyennes des traits) pour les 34 espèces les plus abondantes (certaines espèces disparues dans les mésocosmes) au cours des sept Ans, en les regroupant séparément pour une saison de croissance. Au chapitre 2, nous avons constaté que les communautés étaient plus diverses en termes fonctionnels (une augmentation du volume fonctionnel total) dans les communautés riches en espèces et que les espèces se chevauchaient davantage au sein de la communauté (augmentation du chevauchement fonctionnel), mais ne divisaient pas plus finement l'espace fonctionnel (aucune réduction du volume fonctionnel moyen). En outre, le filtrage de l'habitat est un processus répandu qui conduit à la caractérisation de l'occupation de niche fonctionnelle dans les communautés végétales. Dans le chapitre 3, nous avons trouvé un modèle similaire d'occupation de niche fonctionnelle sur un système expérimental avec une taille spatiale communautaire constante et un effort d'échantillonnage des traits, qui, avec le chapitre 2, nous a fourni une image plus complète et plus solide de l'occupation de niche fonctionnelle dans les communautés végétales. De plus, nous avons réussi à relier le modèle de l'occupation de la niche fonctionnelle et le modèle d'équilibre dynamique et avons constaté que le filtrage concurrentiel était le processus dominant qui détermine le mode d'occupation de la niche fonctionnelle et la richesse des espèces le long du stress et de la perturbation des gradients. Au chapitre 4, nous fournissons un soutien empirique à une méthode d'ordination CSR calibrée globalement en montrant une relation entre l'abondance relative d'espèces en croissance dans les mésocosmes ayant différents niveaux de fertilité du sol et mortalité indépendante de la densité et leur classification CSR. Au chapitre 5, nous avons montré que la succession d'installations au cours de sept ans dans ces mésocosmes était plus déterministe d'un point de vue fonctionnel, mais plus historiquement contingent d'un point de vue taxonomique et que l'importance relative de la contingence historique a diminué à mesure que l'environnement devenait plus stressé ou perturbé. En conclusion, les structures de l'occupation de l'espace fonctionnel dans (le volume fonctionnel total, le chevauchement fonctionnel et le volume fonctionnel moyen, les Chapitre 2 et 3) ou entre les communautés locales (dissimilarité fonctionnelle, chapitre 5) sont déterministes plutôt que neutres (ou contingence historique ). Les espèces tolératrices de stress sont plus avantagées dans les mésocosmes moins fertiles tandis que les espèces rudérales sont plus avantagées dans les mésocosmes avec plus de mortalité indépendante de la densité. / Abstract : The patterns of niche occupancy within local communities, the spatial variability of biodiversity along environmental gradients of stress and disturbance, and the processes of plant succession are several fundamental topics in ecology. Recently, the trait-based approach has emerged as a promising way to understand the processes structuring plant communities and has even been proposed as a method to rebuild community ecology based on functional traits. Therefore, linking these fundamental themes through a functional lens should give us more insight into some basic questions in ecology and will be the main objective of my thesis. Generally, my PhD project is to investigate the structures of functional space occupancy along both spatial and temporal gradients. Specifically, the objective of Chapter 2 is to investigate the patterns of functional niche occupancy by calculating three key niche metrics (the total functional niche volume, the functional niche overlap and the average functional niche volume) from speciespoor communities to species-rich communities and to determine the main driver of the observed pattern of functional niche occupancy across plant communities worldwide. In Chapter 3, I aim to predict and explain the variation of species richness along gradients of stress and disturbance, by linking the dynamic equilibrium model and functional niche occupancy based on the framework developed in Chapter 2. The objective of Chapter 4 is to experimentally test the application of a globally calibrated CSR ordination method based on three leaf traits (leaf area, leaf dry matter content and specific leaf area) in local studies. Finally, the aim of Chapter 5 is to experimentally test the hypotheses reconciling the deterministic and historically contingent views of plant succession, by investigating the variation of taxonomic and functional dissimilarities between communities along gradients of stress and disturbance. The global study (Chapter 2) is based on a collection 21 trait datasets, spanning tropical to temperate biomes, and consisting of 313 plant communities representing different growth forms. The local studies (Chapter 3, 4 and 5) are based on the same experimental system consisting of 24 mesocosms experiencing different levels of stress and disturbance. The experiment started in 2009 with the same seed mixture of 30 herbaceous species broadcast over the 24 mesocosms and ended in 2016. We allowed natural colonization of seeds from the common soil seed bank and from the surroundings during the seven-year succession. Ten traits were measured on five individuals (sampled directly from the mesocosms) per species per mesocosms in 2014 (Chapter 3 and 4). Another set of traits (16 traits including some traits that were not able to measured directly in the mesocosms) were measured at the species level (species mean traits values) for the 34 most abundant species (some species disappeared in the mesocosms) over the seven years, by regrowing them separately for one growing season. In Chapter 2, we found communities were more functionally diverse (an increase in total functional volume) in species-rich communities, and species overlapped more within the community (an increase in functional overlap) but did not more finely divide the functional space (no decline in average functional volume). Moreover, habitat filtering is a widespread process driving the pattern of functional niche occupancy across plant communities. In Chapter 3, we found a similar pattern of functional niche occupancy on an experimental system with a constant community spatial size and trait-sampling effort, which together with Chapter 2 provided us a more comprehensive and robust picture of functional niche occupancy across plant communities. In addition, we succeeded in linking the pattern of functional niche occupancy and the dynamic equilibrium model and found that habitat filtering was the dominant process determining the pattern of functional niche occupancy and species richness along the gradients stress and disturbance. In Chapter 4, we provide empirical support for a globally calibrated CSR ordination method by showing a relationship between the relative abundance of species growing in mesocosms having different levels of soil fertility and density-independent mortality and their CSR classification. In Chapter 5, we showed that plant succession over seven years in these mesocosms was more deterministic from a functional perspective but more historically contingent from a taxonomic perspective, and that the relative importance of historical contingency decreased as the environment became more stressed or disturbed. In conclusion, the structures of functional space occupancy within (the total functional volume, the functional overlap and the average functional volume; Chapter 2 and 3) or between local communities (functional dissimilarity, Chapter 5) are deterministic rather than neutral (or historical contingency). Stress-tolerators were more favored in high stress communities, while ruderals are more favored in high disturbed mesocosms (Chapter 4).

The impacts of floods on buildings in urban areas are increasing due to the intensification of extreme weather events, unplanned or uncontrolled settlements and the rising vulnerability of assets. There are some approaches available for assessing the flood damage to buildings and critical infrastructure. To this point, however, it is extremely difficult to adapt these methods widely, due to the lack of high resolution classification and characterisation approaches for built structures. To overcome this obstacle, this work presents: first, a conceptual framework for understanding the physical flood vulnerability and the physical flood susceptibility of buildings, second, a methodological framework for the combination of methods and tools for a large-scale and high-resolution analysis and third, the testing of the methodology in three pilot sites with different development conditions. The conceptual framework narrows down an understanding of flood vulnerability, physical flood vulnerability and physical flood susceptibility and its relation to social and economic vulnerabilities. It describes the key features causing the physical flood susceptibility of buildings as a component of the vulnerability. The methodological framework comprises three modules: (i) methods for setting up a building topology, (ii) methods for assessing the susceptibility of representative buildings of each building type and (iii) the integration of the two modules with technological tools. The first module on the building typology is based on a classification of remote sensing data and GIS analysis involving seven building parameters, which appeared to be relevant for a classification of buildings regarding potential flood impacts. The outcome is a building taxonomic approach. A subsequent identification of representative buildings is based on statistical analyses and membership functions. The second module on the building susceptibility for representative buildings bears on the derivation of depth-physical impact functions. It relates the principal building components, including their heights, dimensions and materials, to the damage from different water levels. The material’s susceptibility is estimated based on international studies on the resistance of building materials and a fuzzy expert analysis. Then depth-physical impact functions are calculated referring to the principal components of the buildings which can be affected by different water levels. Hereby, depth-physical impact functions are seen as a means for the interrelation between the water level and the physical impacts. The third module provides the tools for implementing the methodology. This tool compresses the architecture for feeding the required data on the buildings with their relations to the building typology and the building-type specific depth-physical impact function supporting the automatic process. The methodology is tested in three flood plains pilot sites: (i) in the settlement of the Barrio Sur in Magangué and (ii) in the settlement of La Peña in Cicuco located on the flood plain of Magdalena River, Colombia and (iii) in a settlement of the city of Dresden, located on the Elbe River, Germany. The testing of the methodology covers the description of data availability and accuracy, the steps for deriving the depth-physical impact functions of representative buildings and the final display of the spatial distribution of the physical flood susceptibility. The discussion analyses what are the contributions of this work evaluating the findings of the methodology’s testing with the dissertation goals. The conclusions of the work show the contributions and limitations of the research in terms of methodological and empirical advancements and the general applicability in flood risk management.:1 INTRODUCTION 1 1.1 Background 1 1.2 State of the art 2 1.3 Problem statement 6 1.4 Objectives 6 1.5 Approach and outline 6 2 CONCEPTUAL FRAMEWORK 9 2.1 Flood vulnerability 10 2.2 Physical flood vulnerability 12 2.3 Physical flood susceptibility 14 3 METHODOLOGICAL FRAMEWORK 23 3.1 Module 1: Building taxonomy for settlements 24 3.1.1 Extraction of building features 24 3.1.2 Derivation of building parameters for setting up a building taxonomy 38 3.1.3 Selection of representative buildings for a building susceptibility assessment 51 3.2 Module 2: Physical susceptibility of representative buildings 57 3.2.1 Identification of building components 57 3.2.2 Qualification of building material susceptibility 62 3.2.3 Derivation of a depth-physical impact function 71 3.3 Module 3: Technological integration 77 3.3.1 Combination of the depth-physical impact function with the building taxonomic code 77 3.3.2 Tools supporting the physical susceptibility analysis 78 3.3.3 The users and their requirements 79 4 RESULTS OF THE METHODOLOGY TESTING 83 4.1 Pilot site “Kleinzschachwitz” – Dresden, Germany – Elbe River 83 4.1.1 Module 1: Building taxonomy – “Kleinzschachwitz” 85 4.1.2 Module 2: Physical susceptibility of representative buildings – “Kleinzschachwitz” 97 4.1.3 Module 3: Technological integration – “Kleinzschachwitz” 103 4.2 Pilot site “La Peña” – Cicuco, Colombia – Magdalena River 107 4.2.1 Module 1: Building taxonomy – “La Peña” 108 4.2.2 Module 2: Physical susceptibility of representative buildings – “La Peña” 121 4.2.3 Module 3: Technological integration– “La Peña” 129 4.3 Pilot site “Barrio Sur” – Magangué, Colombia – Magdalena River 133 4.3.1 Module 1: Building taxonomy – “Barrio Sur” 133 4.3.2 Module 2: Physical susceptibility of representative buildings – “Barrio Sur” 141 4.3.3 Module 3: Technological integration – “Barrio Sur” 147 4.4 Empirical findings 151 4.4.1 Empirical findings of Module 1 151 4.4.2 Empirical findings of Module 2 155 4.4.3 Empirical findings of Module 3 157 4.4.4 Guidance of the methodology 157 5 DISCUSSION 161 5.1 Discussion on the conceptual framework 161 5.2 Discussion on the methodological framework 161 5.2.1 Discussion on Module 1: the building taxonomic approach 162 5.2.2 Discussion on Module 2: the depth-physical impact function 164 6 CONCLUSIONS AND OUTLOOK 167 6.1 Conclusions 167 6.2 Outlook 168 REFERENCES 171 INDEX OF FIGURES 199 INDEX OF TABLES 201 APPENDICES 203 / In vielen Städten nehmen die Auswirkungen von Hochwasser auf Gebäude aufgrund immer extremerer Wetterereignisse, unkontrollierbarer Siedlungsbauten und der steigenden Vulnerabilität von Besitztümern stetig zu. Es existieren zwar bereits Ansätze zur Beurteilung von Wasserschäden an Gebäuden und Infrastrukturknotenpunkten. Doch ist es bisher schwierig, diese Methoden großräumig anzuwenden, da es an einer präzisen Klassifizierung und Charakterisierung von Gebäuden und anderen baulichen Anlagen fehlt. Zu diesem Zweck sollen in dieser Arbeit erstens ein Konzept für ein genaueres Verständnis der physischen Vulnerabilität von Gebäuden gegenüber Hochwasser dargelegt, zweitens ein methodisches Verfahren zur Kombination der bestehenden Methoden und Hilfsmittel mit dem Ziel einer großräumigen und hochauflösenden Analyse erarbeitet und drittens diese Methode an drei Pilotstandorten mit unterschiedlichem Ausbauzustand erprobt werden. Die Rahmenbedingungen des Konzepts grenzen die Begriffe der Vulnerabilität, der physischen Vulnerabilität und der physischen Anfälligkeit gegenüber Hochwasser ein und erörtern deren Beziehung zur sozialen und ökonomischen Vulnerabilität. Es werden die Merkmale der physischen Anfälligkeit von Gebäuden gegenüber Hochwasser als Bestandteil der Vulnerabilität definiert. Das methodische Verfahren umfasst drei Module: (i) Methoden zur Erstellung einer Gebäudetypologie, (ii) Methoden zur Bewertung der Anfälligkeit repräsentativer Gebäude jedes Gebäudetyps und (iii) die Kombination der beiden Module mit Hilfe technologischer Hilfsmittel. Das erste Modul zur Gebäudetypologie basiert auf der Klassifizierung von Fernerkundungsdaten und GIS-Analysen anhand von sieben Gebäudeparametern, die sich für die Klassifizierung von Gebäuden bezüglich ihres Risikopotenzials bei Hochwasser als wichtig erweisen. Daraus ergibt sich ein Ansatz zur Gebäudeklassifizierung. Die anschließende Ermittlung repräsentativer Gebäude beruht auf statistischen Analysen und Zugehörigkeitsfunktionen. Das zweite Modul zur Anfälligkeit repräsentativer Gebäude beruht auf der Ableitung von Funktion von Wasserstand und physischer Einwirkung. Es setzt die relevanten Gebäudemerkmale, darunter Höhe, Maße und Materialien, in Beziehung zum erwartbaren Schaden bei unterschiedlichen Wasserständen. Die Materialanfälligkeit wird aufgrund internationaler Studien zur Festigkeit von Baustoffen sowie durch Anwendung eines Fuzzy-Logic-Expertensystems eingeschätzt. Anschließend werden Wasserstand-Schaden-Funktionen unter Einbeziehung der Hauptgebäudekomponenten berechnet, die durch unterschiedliche Wasserstände in Mitleidenschaft gezogen werden können. Funktion von Wasserstand und physischer Einwirkung dienen hier dazu, den jeweiligen Wasserstand und die physischen Auswirkung in Beziehung zueinander zu setzen. Das dritte Modul stellt die zur Umsetzung der Methoden notwendigen Hilfsmittel vor. Zur Unterstützung des automatisierten Verfahrens dienen Hilfsmittel, die die Gebäudetypologie mit der Funktion von Wasserstand und physischer Einwirkung für Gebäude in Hochwassergebieten kombinieren. Die Methoden wurden anschließend in drei hochwassergefährdeten Pilotstandorten getestet: (i) in den Siedlungsgebieten von Barrio Sur in Magangué und (ii) von La Pena in Cicuco, zwei Überschwemmungsgebiete des Magdalenas in Kolumbien, und (iii) im Stadtgebiet von Dresden, das an der Elbe liegt. Das Testverfahren umfasst die Beschreibung der Datenverfügbarkeit und genauigkeit, die einzelnen Schritte zur Analyse der. Funktion von Wasserstand und physischer Einwirkung repräsentativer Gebäude sowie die Darstellung der räumlichen Verteilung der physischen Anfälligkeit für Hochwasser. In der Diskussion wird der Beitrag dieser Arbeit zur Beurteilung der Erkenntnisse der getesteten Methoden anhand der Ziele dieser Dissertation analysiert. Die Folgerungen beleuchten abschließend die Fortschritte und auch Grenzen der Forschung hinsichtlich methodischer und empirischer Entwicklungen sowie deren allgemeine Anwendbarkeit im Bereich des Hochwasserschutzes.:1 INTRODUCTION 1 1.1 Background 1 1.2 State of the art 2 1.3 Problem statement 6 1.4 Objectives 6 1.5 Approach and outline 6 2 CONCEPTUAL FRAMEWORK 9 2.1 Flood vulnerability 10 2.2 Physical flood vulnerability 12 2.3 Physical flood susceptibility 14 3 METHODOLOGICAL FRAMEWORK 23 3.1 Module 1: Building taxonomy for settlements 24 3.1.1 Extraction of building features 24 3.1.2 Derivation of building parameters for setting up a building taxonomy 38 3.1.3 Selection of representative buildings for a building susceptibility assessment 51 3.2 Module 2: Physical susceptibility of representative buildings 57 3.2.1 Identification of building components 57 3.2.2 Qualification of building material susceptibility 62 3.2.3 Derivation of a depth-physical impact function 71 3.3 Module 3: Technological integration 77 3.3.1 Combination of the depth-physical impact function with the building taxonomic code 77 3.3.2 Tools supporting the physical susceptibility analysis 78 3.3.3 The users and their requirements 79 4 RESULTS OF THE METHODOLOGY TESTING 83 4.1 Pilot site “Kleinzschachwitz” – Dresden, Germany – Elbe River 83 4.1.1 Module 1: Building taxonomy – “Kleinzschachwitz” 85 4.1.2 Module 2: Physical susceptibility of representative buildings – “Kleinzschachwitz” 97 4.1.3 Module 3: Technological integration – “Kleinzschachwitz” 103 4.2 Pilot site “La Peña” – Cicuco, Colombia – Magdalena River 107 4.2.1 Module 1: Building taxonomy – “La Peña” 108 4.2.2 Module 2: Physical susceptibility of representative buildings – “La Peña” 121 4.2.3 Module 3: Technological integration– “La Peña” 129 4.3 Pilot site “Barrio Sur” – Magangué, Colombia – Magdalena River 133 4.3.1 Module 1: Building taxonomy – “Barrio Sur” 133 4.3.2 Module 2: Physical susceptibility of representative buildings – “Barrio Sur” 141 4.3.3 Module 3: Technological integration – “Barrio Sur” 147 4.4 Empirical findings 151 4.4.1 Empirical findings of Module 1 151 4.4.2 Empirical findings of Module 2 155 4.4.3 Empirical findings of Module 3 157 4.4.4 Guidance of the methodology 157 5 DISCUSSION 161 5.1 Discussion on the conceptual framework 161 5.2 Discussion on the methodological framework 161 5.2.1 Discussion on Module 1: the building taxonomic approach 162 5.2.2 Discussion on Module 2: the depth-physical impact function 164 6 CONCLUSIONS AND OUTLOOK 167 6.1 Conclusions 167 6.2 Outlook 168 REFERENCES 171 INDEX OF FIGURES 199 INDEX OF TABLES 201 APPENDICES 203 / El impacto de las inundaciones sobre los edificios en zonas urbanas es cada vez mayor debido a la intensificación de los fenómenos meteorológicos extremos, asentamientos no controlados o no planificados y su creciente vulnerabilidad. Hay métodos disponibles para evaluar los daños por inundación en edificios e infraestructuras críticas. Sin embargo, es muy difícil implementar estos métodos sistemáticamente en grandes áreas debido a la falta de clasificación y caracterización de estructuras construidas en resoluciones detalladas. Para superar este obstáculo, este trabajo se enfoca, en primer lugar, en desarrollar un marco conceptual para comprender la vulnerabilidad y susceptibilidad física de edificios por inudaciones, en segundo lugar, en desarrollar un marco metodológico para la combinación de los métodos y herramientas para una análisis de alta resolución y en tercer lugar, la prueba de la metodología en tres sitios experimentales, con distintas condiciones de desarrollo. El marco conceptual se enfoca en comprender la vulnerabilidad y susceptibility de las edificaciones frente a inundaciones, y su relación con la vulnerabilidad social y económica. En él se describen las principales características físicas de la susceptibilidad de edificicaiones como un componente de la vulnerabilidad. El marco metodológico consta de tres módulos: (i) métodos para la derivación de topología de construcciones, (ii) métodos para evaluar la susceptibilidad de edificios representativos y (iii) la integración de los dos módulos a través herramientas tecnológicas. El primer módulo de topología de construcciones se basa en una clasificación de datos de sensoramiento rémoto y procesamiento SIG para la extracción de siete parámetros de las edficaciones. Este módulo parece ser aplicable para una clasificación de los edificios en relación con los posibles impactos de las inundaciones. El resultado es una taxonomía de las edificaciones y una posterior identificación de edificios representativos que se basa en análisis estadísticos y funciones de pertenencia. El segundo módulo consiste en el análisis de susceptibilidad de las construcciones representativas a través de funciones de profundidad del impacto físico. Las cuales relacionan los principales componentes de la construcción, incluyendo sus alturas, dimensiones y materiales con los impactos físicos a diferentes niveles de agua. La susceptibilidad del material se calcula con base a estudios internacionales sobre la resistencia de los materiales y un análisis a través de sistemas expertos difusos. Aquí, las funciones de profundidad de impacto físico son considerados como un medio para la interrelación entre el nivel del agua y los impactos físicos. El tercer módulo proporciona las herramientas necesarias para la aplicación de la metodología. Estas herramientas tecnológicas consisten en la arquitectura para la alimentación de los datos relacionados a la tipología de construcciones con las funciones de profundidad del impacto físico apoyado en procesos automáticos. La metodología es probada en tres sitios piloto: (i) en el Barrio Sur en Magangué y (ii) en la barrio de La Peña en Cicuco situado en la llanura inundable del Río Magdalena, Colombia y (iii) en barrio Kleinzschachwitz de la ciudad de Dresden, situado a orillas del río Elba, en Alemania. Las pruebas de la metodología abarca la descripción de la disponibilidad de los datos y la precisión, los pasos a seguir para obtener las funciones profundidad de impacto físico de edificios representativos y la presentación final de la distribución espacial de la susceptibilidad física frente inundaciones El discusión analiza las aportaciones de este trabajo y evalua los resultados de la metodología con relación a los objetivos. Las conclusiones del trabajo, muestran los aportes y limitaciones de la investigación en términos de avances metodológicos y empíricos y la aplicabilidad general de gestión del riesgo de inundaciones.:1 INTRODUCTION 1 1.1 Background 1 1.2 State of the art 2 1.3 Problem statement 6 1.4 Objectives 6 1.5 Approach and outline 6 2 CONCEPTUAL FRAMEWORK 9 2.1 Flood vulnerability 10 2.2 Physical flood vulnerability 12 2.3 Physical flood susceptibility 14 3 METHODOLOGICAL FRAMEWORK 23 3.1 Module 1: Building taxonomy for settlements 24 3.1.1 Extraction of building features 24 3.1.2 Derivation of building parameters for setting up a building taxonomy 38 3.1.3 Selection of representative buildings for a building susceptibility assessment 51 3.2 Module 2: Physical susceptibility of representative buildings 57 3.2.1 Identification of building components 57 3.2.2 Qualification of building material susceptibility 62 3.2.3 Derivation of a depth-physical impact function 71 3.3 Module 3: Technological integration 77 3.3.1 Combination of the depth-physical impact function with the building taxonomic code 77 3.3.2 Tools supporting the physical susceptibility analysis 78 3.3.3 The users and their requirements 79 4 RESULTS OF THE METHODOLOGY TESTING 83 4.1 Pilot site “Kleinzschachwitz” – Dresden, Germany – Elbe River 83 4.1.1 Module 1: Building taxonomy – “Kleinzschachwitz” 85 4.1.2 Module 2: Physical susceptibility of representative buildings – “Kleinzschachwitz” 97 4.1.3 Module 3: Technological integration – “Kleinzschachwitz” 103 4.2 Pilot site “La Peña” – Cicuco, Colombia – Magdalena River 107 4.2.1 Module 1: Building taxonomy – “La Peña” 108 4.2.2 Module 2: Physical susceptibility of representative buildings – “La Peña” 121 4.2.3 Module 3: Technological integration– “La Peña” 129 4.3 Pilot site “Barrio Sur” – Magangué, Colombia – Magdalena River 133 4.3.1 Module 1: Building taxonomy – “Barrio Sur” 133 4.3.2 Module 2: Physical susceptibility of representative buildings – “Barrio Sur” 141 4.3.3 Module 3: Technological integration – “Barrio Sur” 147 4.4 Empirical findings 151 4.4.1 Empirical findings of Module 1 151 4.4.2 Empirical findings of Module 2 155 4.4.3 Empirical findings of Module 3 157 4.4.4 Guidance of the methodology 157 5 DISCUSSION 161 5.1 Discussion on the conceptual framework 161 5.2 Discussion on the methodological framework 161 5.2.1 Discussion on Module 1: the building taxonomic approach 162 5.2.2 Discussion on Module 2: the depth-physical impact function 164 6 CONCLUSIONS AND OUTLOOK 167 6.1 Conclusions 167 6.2 Outlook 168 REFERENCES 171 INDEX OF FIGURES 199 INDEX OF TABLES 201 APPENDICES 203

Contexte: L’importance écologique des fourmis dans les écosystèmes terrestres justifie qu’elles soient considérées comme groupe cible pour des actions de conservation. De plus, de par leur abondance, leur facilité de récolte et leur réponse à des perturbations, elles présentent un potentiel intéressant comme groupe indicateur précoce de l’état de santé des écosystèmes. Par contre, pour le choix d’aires à protéger, leur utilité comme intégrateur des conditions de milieu par rapport à des indicateurs classiques tels que les assemblages de plantes n’est pas clairement établie. En d’autres termes, répondent-elles plus finement que les plantes à différentes conditions de milieu et dans ce cas doit-on s’attendre à trouver au sein de formations végétales comparables plusieurs types d’assemblages de foumis? Si tel est le cas, la méthode utilisant les assemblages de végétaux pour sélectionner les sites à protéger peut ne pas permettre une conservation efficace de la diversité des fourmis. Ce type de problématique s’aborde bien le long de gradients environnementaux. Pour faciliter l’interprétation des résultats en terme de réponse aux facteurs abiotiques il est préférable de limiter le nombre de facteurs qui varient en même temps. Dans ce sens, le Chaco sec paraguayen représente un système très favorable: faible déclivité, faibles variations de températures moyennes mais gamme très étendue de conditions de pluviométrie (350mm à 1000mm de précipitations moyennes annuelles) et des sols variables (texture limoneuse à sableuse). L’aridité est l’un des principaux facteurs pouvant limiter la diversité des fourmis soit directement en exerçant un stress physiologique sur les espèces, soit indirectement en limitant la productivité primaire de l’habitat. Les conditions édaphiques peuvent également avoir une influence en affectant par exemple la survie des colonies qui nidifient dans le sol. Objectifs: Les principaux buts de la thèse sont (1) de déterminer l’influence de l’aridité et des conditions édaphiques sur la distribution et la structure des assemblages de fourmis terricoles du sol en forêts tropicales sèches, (2) mettre en évidence les mécanismes qui facilitent la coexistence des espèces de fourmis à l’échelle locale, (3) déterminer si à l’échelle régionale les fourmis et les plantes répondent de façon similaire aux conditions du milieu. Méthode: Onze localités ont été échantillonnées le long d’un transect régional long de 400km. Au niveau de chaque localité, trois transects élémentaires longs de 200m et séparés les uns des autres par 200m ont été effectués. La myrmécofaune a été échantillonnée à l’aide de 20 pièges à fosse et de 20 Winkler par transect élémentaire. La végétation de chaque site a été caractérisée sur base de l’abondance de 45 espèces d’arbres ou d’arbustes caractéristiques de la flore chaquéenne. Les propriétés physico-chimiques du sol ont également été mesurées. A fine échelle, l’organisation spatio-temporelle d’un assemblage a été étudié dans une localité de référence. Résultats: Au total, plus de 50.000 spécimens correspondant à 206 espèces de fourmis ont été collectés avec en moyenne (± SD) 62 ± 10 espèces par localité. Pour un même effort d’échantillonnage, le nombre d’espèces de fourmis récoltées à l’aide des pièges à fosse augmente avec l’aridité et une tendance inverse est observée pour les Winkler. Puisque les Winkler peuvent entraîner une sévère sous-estimation de la diversité des fourmis d’un habitat, seules les données des pièges à fosse sont utilisées pour la suite des analyses. La diversité locale  des assemblages de fourmis n’apparaît corrélée ni à l’aridité, ni aux conditions édaphiques. En revanche, ces facteurs, et spécialement la texture du sol, influencent la composition des assemblages. Trois complexes myrmécofauniques sont mis en évidence: le premier dans la localité la plus sèche (350mm) et la plus sableuse (>90% de sable dans la fraction minérale du sol), le second dans la localité la plus humide (1000mm, sol argilo-limoneux) et le dernier dans des localités présentant de larges conditions de pluviométrie (350-850mm) et de sol (limoneux à sablo-limoneux). Les plantes répondent encore plus finement à ces facteurs abiotiques. A l’échelle locale, l’établissement d’une ségrégation spatio-temporelle fine des espèces de fourmis lors de l’exploitation des ressources alimentaires facilite la coexistence interspécifique. Cette ségrégation est engendrée par l’existence de deux compromis: l’un entre les capacités des espèces à dominer et à découvrir les ressources et l’autre entre la capacité de dominance et la tolérance aux températures élevées. Conclusions: Nos résultats contredisent l’hypothèse selon laquelle les fourmis répondent plus finement que les plantes aux conditions du milieu. A l’échelle du gradient étudié, une augmentation de l’aridité n’affecte pas la diversité des fourmis. La productivité de l’habitat ne semble pas déterminer la richesse des assemblages et la tolérance à l’aridité semble répandue au sein des Formicidae. La texture du sol apparaît être le facteur le plus déterminant des distributions spatiales observées. Dans le Chaco sec paraguayen, une sélection des sites à protéger sur base des assemblages végétaux est susceptible de maximiser la conservation de la diversité biologique des fourmis. Notre étude de la distribution de la myrmécofaune, basée sur la plus large gamme de pluviométrie envisagée à ce jour, pourra constituer le point de départ d'un suivi des assemblages de fourmis dominantes du Chaco sec paraguayen dans le but d'investiguer l'impact des changements climatiques globaux sur ces organismes.

Plusieurs études à grande échelle ont identifié la modification ou la perte d’habitats comme menace principale à la conservation des communautés de poissons d’eau douce. Au Canada, « aucune perte nette dans la capacité productive des habitats » (NNL) est le principe directeur de la politique de gestion des habitats du ministère des Pêches et Océans. Le respect du NNL implique l’avancement des connaissances au niveau des relations entre les poissons et leurs habitats, de même que des outils pour quantifier l’impact de la modification des habitats sur les poissons. Les modèles d’utilisation de l’habitat des poissons (FHUM) sont des outils qui permettent d’améliorer nos connaissances des relations poissons – habitat, de prédire la distribution des espèces, mais aussi leurs densités, biomasses ou abondances, sur la base des caractéristiques de l’environnement. L’objectif général de mon mémoire est d’améliorer la performance des FHUM pour les rivières des basses Laurentides, en suggérant des perfectionnements au niveau de 2 aspects cruciaux de l’élaboration de tels modèles : la description précise de la communauté de poissons et l’utilisation de modèles statistiques efficaces. Dans un premier chapitre, j’évalue la performance relative de la pêcheuse électrique et de l’échantillonnage en visuel (plongée de surface) pour estimer les abondances des combinaisons d’espèces et de classes de taille des poissons en rivière. J’évalue aussi l’effet des conditions environnementales sur les différences potentielles entre les communautés observées par ces 2 méthodes d’échantillonnage. Pour ce faire, 10 sections de rivière de 20 m de longueur ont été échantillonnées à l’aide de ces 2 méthodes alors qu’elles étaient fermées par des filets de blocage. 3 plongeurs performèrent l’échantillonnage en visuel en se déplaçant de l’aval vers l’amont des sections, tout en dénombrant les espèces et classes de taille. Par la suite, nous avons fait 3 passages de pêcheuse électrique et les abondances furent estimées grâce à un modèle restreint de maximum de vraisemblance, basé sur la diminution des abondances observées. De plus grandes abondances de poissons furent observées en visuel qu’avec la pêcheuse électrique à tous les sites. La richesse spécifique observée en visuel était plus élevée (6/10) ou égale (4/10) à celle observée avec la pêcheuse électrique. Les différences entre les communautés de poissons observées à l’aide de ces 2 méthodes ne purent être reliées aux conditions environnementales. Les résultats de cette expérience sont contraires à ceux de toutes les études comparant ces 2 méthodes d’échantillonnage, lesquels suggèrent une supériorité de la pêcheuse électrique. Les conditions environnementales de notre expérience étaient distinctes de celles observées dans les autres études (absence d’arbres tombés dans l’eau, très peu de substrats grossiers), mais la différence la plus marquante était en terme de communauté de poissons observée (dominance des cyprinidés et des centrarchidés plutôt que des salmonidés). Je termine ce chapitre en suggérant que les caractéristiques comportementales favorisant l’évitement de la capture (formation de bancs) et facilitant l’observation en visuel (curiosité) sont responsables de la supériorité de la plongée de surface pour échantillonner les communautés dans les rivières des basses Laurentides. Dans un deuxième chapitre, je développe des FHUM pour des communautés de poissons de rivière ayant plusieurs espèces. Dans le but de simplifier la modélisation de telles communautés et d’améliorer notre compréhension des relations poissons – habitat, j’utilise les concepts de guilde écologique et de filtre environnemental pour explorer les relations entre les guildes formées sur la bases de différents types de traits (reproducteurs, taxonomiques, éco-morphologiques et alimentaires) et les conditions environnementales locales à l’échelle du méso-habitat. Les modèles d’habitats basés sur les guildes reproductrices ont clairement surpassé les autres modèles, parce que l’habitat de fraie reflète l’habitat de préférence en dehors de la période de reproduction. J’ai également utilisé l’approche inverse, c’est à dire définir des guildes d’utilisation de l’habitat et les mettre en relation avec les traits des espèces. Les traits reliés à l’alimentation des poissons ont semblés être les meilleurs pour expliquer l’appartenance aux groupes d’utilisation de l’habitat, mais le modèle utilisé ne représentait pas bien la relation entre les groupes. La validation de notre modèle basé sur les guildes reproductrices avec un jeu de données indépendant pourrait confirmer notre découverte, laquelle représente une manière prometteuse de modéliser les relations poissons – environnement dans des communautés de poissons complexes. En conclusion, mon mémoire suggère d’importantes améliorations aux FHUM pour les communautés de poissons des basses Laurentides, en suggérant de prendre en compte les caractéristiques biologiques des cours d’eau dans le choix d’une méthode d’échantillonnage, et également en utilisant une méthode prometteuse pour simplifier les FHUM de communautés de poissons complexes : les guildes reproductrices. / Many large scale studies have identified habitat modification or habitat losses as primary threats for the conservation of freshwater fish communities. In Canada, No Net Loss (NNL) of the productive capacity of habitats is the guiding principle of the Department of Fisheries and Oceans’ policy for the management of fish habitat. To respect NNL, a better understanding of fish-habitat relationships is required, as well as tools to quantify the impact of habitat modifications on fish. Fish habitat use models (FHUM) are tools that can improve our understanding of fish-habitat relationships, predict species occurrences, densities or biomass on the basis of habitat descriptors and quantify habitat requirements. They consist in relationships between biological descriptors of fish and habitat descriptors. The general objective of my thesis is to improve the performance of FHUM for the lower Laurentian streams by suggesting refinements on 2 crucial aspects in the development of these models: a precise description of the fish community and the use of efficient statistical models. In the first chapter, I evaluate the relative performance of electrofishing and visual surveys (snorkeling) for estimating the abundance of combinations of fish species and size classes in rivers. I also assessed the effect of environmental conditions on potential differences between the results obtained using these two sampling methods. Sampling sites consisted in 10 river sections of 20 m in length distributed in the Laurentian region of Québec. Both methods were used while sections were blocked. Three snorkelers that swam the river sections upstream while identifying and counting fish of each species and size-classes performed visual surveys. Three-pass electrofishing was performed and abundances were estimated with a maximum likelihood depletion model. Greater abundances of fish were observed by snorkeling than by electrofishing at all sites. Snorkeling species richness was higher (6/10) or equal (4/10) to electrofishing richness. Differences in the fish communities observed by both sampling methods were not related to environmental conditions. The results of our work are therefore contrary to that of most published studies that suggested the superiority of electrofishing on visual surveys. Compared to the conditions found in previous studies, our sampling sites had different environmental characteristics (no fallen trees, insignificant cover of large cobble and boulder) but the most striking dissimilarity was in terms of fish communities (dominance of cyprinids and centrarchids instead of salmonids). Behavioural characteristics favouring capture avoidance (schooling) and facilitating underwater observation (curiosity) may be responsible for the superiority of visual surveys in our study rivers. Survey methods should be selected based on fish community composition. In the second chapter, I develop FHUM for complex stream fish communities. In order to simplify the modelling of such communities, as well as improve our understanding of fish – habitat relationships, I used the ecological guild concept and the niche filtering hypothesis to explore the relationships between guilds based on different types of traits (eco-morphological, reproductive, alimentary and taxonomic) and local environmental descriptors, at the coarse meso-habitat scale. Reproductive guilds led to FHUM that clearly outperformed the other 3 approaches, because of the close relationship between preferred spawning grounds and non spawning habitat preferences, and also because reproductive traits are linked to habitat characteristics at the reach or coarse mesohabitat scale. We also defined guilds based on habitat-use and related them to species traits. Traits related to the feeding biology of fishes seemed to be the best at explaining the habitat-use guilds, but our model did not correctly represent the among-guild relationships. Validation of our reproductive trait model on an independent dataset would confirm our finding, which represents a promising way of modelling fish - habitat relationships in complex fish communities. In conclusion, my thesis suggests important improvements to FHUM models in the Laurentian streams by giving new insights on the choice of a sampling method that take into account the biological characteristics of the streams targeted, and by using a promising way of simplifying FHUM for species rich communities: reproductive guilds.

Au sein des sols forestiers, la richesse taxonomique et le rôle des microorganismes eucaryotes (en grande partie des champignons) restent encore largement méconnus. L’espèce d’arbre est un des facteurs qui structurent les communautés de ces microorganismes. Nous avons étudié l’impact de l’essence forestière (hêtre et épicéa) sur la diversité taxonomique et fonctionnelle de ces communautés par une approche métatranscriptomique et une approche biochimique (focalisée sur les champignons ectomycorhiziens). Nous avons montré un effet de la séquence étudiée (ADNr 18S, ADNc) sur la distribution taxonomique des communautés et développé un nouveau marqueur moléculaire mitochondrial pour l’étude des communautés de champignons métaboliquement actifs. L’identification de gènes d’intérêt écologique et industriel par séquençage systématique des banques métatranscriptomiques ainsi que l’identification fonctionnelle d’une nouvelle famille de transporteursmembranaires montrent l’intérêt de l’approche métatranscriptomique. L’approche biochimique a consisté en un dosage à haut débit, sur des extrémités racinaires ectomycorhizés, d’activités enzymatiques liées à la dégradation de la matière organique et à la mobilisation de l’azote et du phosphore du sol. L’ensemble de ces approches a permis de montrer un impact de l’essence forestière sur la nature des espèces présentes plutôt que sur la richesse taxonomique et une préférence d’hôte de certains groupes fongiques ectomycorhiziens. L’approche biochimique a montré une redondance fonctionnelle importante pour certaines activités enzymatiques tandis qu’une autre activité enzymatique était spécifique d’un groupe taxonomique fongique. / In forest soils, taxonomic richness and functional diversity of eukaryotic microorganisms (mainly Fungi) remain largely unknowned. Tree species is one of the main factors that structure eukaryotic microbial communities. We have studied the impact of tree species (beech and spruce) on taxonomic and functional diversity of these communities by using a metatranscriptomic approach and a biochemical one focusing on ectomycorrhizal fungi. We showed an effet of different sequences (18S rDNA, cDNA) on taxonomic composition of eukaryotic microbial communities and we developped anew mitochondrial molecular marker for the study of metabolically active fungal communities. Identification of ecologically and industrially important genes by the shotgun sequencing of metatranscriptomic libraries and also identification of a new family of transmembrane transporter demonstrate the great potential of the metatranscriptomic approach. The biochemical approachconsisted in a multiple enzymatic test carried out on ectomycorrhizal roots, of enzyme activities linked to organic matter degradation and phosphorus and nitrogen mobilization. All these approaches revealed an impact of tree species on the microbial species composition but not on taxonomic richness and also host preference for some ectomycorrhizal taxonomic groups. The biochemical approach showed a high functional redundancy for some enzyme activities while one activity was very specific of an ectomycorrhizal taxonomic group.

Depuis l’apparition de la vie sur terre, les pressions de sélection liées aux interactions biotiques et abiotiques ont généré une forte diversité des formes de vie. Ainsi, chaque espèce eucaryote coévolue avec sa communauté microbienne associée. Dans le cas des plantes, la diversité génétique se traduit au niveau de multiples traits phénotypiques (exsudation de substrats carbonés, architecture racinaire, densité et aération du sol, acidification, etc.) susceptibles d’influer sur les interactions avec les populations microbiennes du sol, et donc sur la composition et le fonctionnement de la communauté microbienne rhizosphérique. Notre hypothèse est que les différences entre communautés bactériennes rhizosphériques sont proportionnelles aux distances évolutives entre partenaires végétaux. L’objectif de cette thèse était donc de déterminer l’importance, dans le cas des Poacées et notamment du maïs, de l’histoire évolutive de la plante dans la capacité de sélection des communautés bactériennes de la rhizosphère. Les analyses faites à l’aide d’une puce à ADN taxonomique 16S indiquent que la composition de la communauté rhizobactérienne dépend du groupe génétique de maïs mais n’est pas liée aux marqueurs microsatellites de diversité du maïs. Par contre, à l’échelle des Poacées, une corrélation a été trouvée entre la phylogénie végétale et la composition de la communauté bactérienne (voire la prévalence de taxons bactériens particuliers). Cette corrélation n’était pas significative quand l’étude était limitée à l’effectif, le niveau de transcription de nifH ou la diversité du groupe fonctionnel des bactéries fixatrices d’azote. En conclusion, l’histoire évolutive du partenaire végétal à l’échelle des Poacées (mais pas à celle du maïs) est un facteur conditionnant les interactions avec les groupes bactériens taxonomiques (mais pas nécessairement fonctionnels) de la rhizosphère / Since the emergence of life on earth, the selection pressures related to biotic and abiotic interactions generated a high diversity of life forms. Thus, each eukaryotic species co-evolved with its associated microbial community. In the case of plants, genetic diversity is reflected in many phenotypic traits (exudation of carbon substrates, root architecture, soil density, aeration, acidification, etc.), and may influence interactions with soil microbial populations and hence the composition and functioning of the rhizosphere microbial community. Our hypothesis is that the differences between rhizosphere bacterial communities are proportional to evolutionary distances between plants partners. The objective of this thesis was to determine the importance, in the case of Poaceae and in particular of maize, of the evolutionary history of plant in the selection of bacterial communities in the rhizosphere. Analyses performed using a 16S taxonomic microarray indicated that the composition of the rhizobacterial community depends on the genetic group of maize but is not linked to microsatellite diversity of maize. Conversely, across the Poaceae, a correlation was found between plant phylogeny and the composition of the bacterial community (and the prevalence of specific bacterial taxa). This correlation was not significant when the study was limited to the size, the level of transcription or nifH diversity of the functional group of nitrogen-fixing bacteria. In conclusion, the evolutionary history of the plant partner across the Poaceae (but not maize) is a factor conditioning interactions with bacterial taxonomic groups (but not necessarily functional groups) in the rhizosphere

O conhecimento da estrutura da comunidade fitoplanctônica depende de estimativas robustas de biomassa e de como variam suas taxas de absorção de luz. Assim, é essencial descrever a relação entre grupos taxonômicos e seus morfotipos. Este trabalho investigou a influência da forma do fitoplâncton, por meio de sua razão S/V no coeficiente de absorção de luz. Comunidades fitoplanctônica de plataforma continental foram detalhadas taxonomicamente e categorizada como morfotipos para o cálculo de biomassa fitoplanctônica, razão S/V e tamanho médio, e relações com o coeficiente de absorção de luz foram exploradas. A razão Carbono:Clorofila-a variou entre a superfície e máximo de fluorescência, enquanto a biomassa permaneceu constante, sendo diatomáceas e dinoflagelados os principais grupos formadores de biomassa. Observamos morfotipos exclusivos a um dado grupo taxonômico, contudo, os intervalos de S/V são compartilhados entre grupos taxonômicos e entre morfotipos. A conversão entre biovolume e biomassa deve incorporar informações taxonômicas. A S/V média da comunidade não mostrou relação com a magnitude da absorção de luz pelo fitoplâncton. Os resultados puderam comprovar a baixa performance de modelos para a determinação de tamanho do fitoplâncton por pigmentos e sugerem que a fotoaclimatação deve ser incorporada para a discriminação bio-ótica do fitoplâncton marinho / Acurate descriptions of phytoplankton community structures depends on reliable estimation of biomass and on the understanding of light absorption. It is crucial to trace relationships between taxonomic groups and geometrical morphotypes. We investigated the influence of phytoplankton shapes in the light absorption coefficient by investigating surface/volume (S/V) ratios. Phytoplankton communities from the continental shelf were detailed taxonomicaly and also categorized in geometrical morphotypes in order to calculate phytoplankton biomass, S/V ratios and size to explore relatioships with spectral light absorption coefficients. The Carbon-to-Chlorophyll ratio varied between surface and the chlorophyll maximum deph while biomass remain fairly constant, and both diatoms and dinoflagellates were the main groups present in high biomass. Exclusive morfotypes were observed for some taxonomic groups, however, S/V ratios ranges were shared by distinct taxonomic groups and morphotypes. The conversion between biovolume and biomass must take taxonomic composition into account. The mean S/V for a community show no relatioship with the magnitude of ligth absorption. The results show a low performance of pigment-based models for description of fitoplankton size classes and highlight the importance of incorporating photooaclimation for bio-optical discrimination of marine phytoplankton communities

Le sol représente le support de la production agricole. A l’interface avec les autres compartiments de la biosphère, il remplit de nombreuses fonctions essentielles à la fourniture de services écosystémiques nécessaires au bien-être de nos sociétés. C’est aussi une ressource non renouvelable dont les propriétés physicochimiques et biologiques ont été altérées par le développement de l’agriculture intensive. La prise de conscience actuelle de cet état de fait a révélé la nécessité de définir de nouveaux modes de gestion adaptés à la préservation et à l’utilisation durable des sols. Elle a ainsi marqué l’entrée dans l’ère de l’agroécologie qui prône un modèle de production optimisant notamment les services rendus par la biodiversité afin de réduire le recours aux intrants et à l’utilisation d’énergie. Pour atteindre cet objectif, le développement d’une gamme d’indicateurs permettant d’évaluer les pratiques/systèmes agricoles en rendant compte de la qualité biologique du sol est donc indispensable. Cette thèse, dont l’objectif est de contribuer au développement de bioindicateurs microbiens de la qualité du sol, s’inscrit dans ce contexte agroécologique. Le choix de travailler sur les communautés microbiennes se justifie pleinement dans cette problématique car elles sont (i) présentes avec une forte densité et diversité dans tous les environnements, (ii) fortement impliquées dans le fonctionnement biologique et les services rendus par le sol, et (iii) elles répondent de façon très sensible aux changements des conditions environnementales en termes de modification de biomasse, de structure/diversité et d’activité. Elles offrent donc un potentiel important en termes de développement de bioindicateurs. Ce travail a porté plus précisément sur l’évaluation de deux indicateurs complémentaires : (i) la biomasse moléculaire microbienne et (ii) la diversité taxonomique microbienne. Dans une première partie nous avons éprouvé la robustesse de ces deux indicateurs en évaluant les biais associés à chacune des étapes techniques des procédures mises en œuvre pour leur mesure. Nous avons ensuite utilisé ces deux indicateurs dans différents contextes agronomiques pour évaluer leur pertinence. Un premier travail a ainsi consisté à suivre la réhabilitation du patrimoine microbien, par l’implantation d’une culture à vocation énergétique, d’un sol pollué irrigué pendant une centaine d’années par des eaux usées. Une seconde application a porté sur l’étude de l’impact de différentes pratiques agricoles sur les communautés microbiennes selon l’intensité du travail du sol (labour vs. travail réduit), la gestion des résidus de culture (export vs. restitution), et le type de culture (annuelle vs. pérenne).Les résultats montrent que la biomasse moléculaire microbienne et la diversité taxonomique obtenue par séquençage massif sont deux bioindicateurs robustes et sensibles pour décrire la qualité microbiologique des sols agricoles dans des contextes très variés. Ces deux indicateurs permettent de mettre en évidence aussi bien des perturbations des sols que l’impact positif de pratiques innovantes. Ils peuvent donc représenter des outils performants pour l’évaluation des systèmes agricoles, aidant à une amélioration de leur mode de gestion et, à long terme, permettant une utilisation durable des ressources fournies par ces sols. / Soil is the support of agricultural production. It performs many functions essential to the provision of ecosystem services necessary for the well-being of our societies. Soil physicochemical and biological properties have been altered by the development of intensive agriculture while it is a non-renewable resource, revealing the need to develop new management practices suitable for the sustainability of soil quality. This also marked the entry into the “Agroecology” era, which promotes the development of new agricultural systems optimizing services provided by biodiversity to reduce the use of inputs and energy use. To achieve this aim, the development of a range of indicators to assess the impact of agricultural practices on the biological quality of the soil is essential. This thesis, which aims to contribute to the development of microbial bio-indicators of soil quality, is a part of this agroecological context. The choice to work on microbial communities is fully justified because they are (i) present with a high abundance and diversity in all environments, (ii) heavily involved in biological functioning and the soil ecosystem services, (iii) they respond very sensitive to changes in environmental conditions in terms of biomass, diversity and activity. They therefore have significant potential in terms of bio-indicators of development. This work has focused specifically on the evaluation of two complementary bioindicators: (i) the microbial molecular biomass and (ii) the microbial taxonomic diversity. In a first part we tested the robustness of these two bioindicators by assessing the biases associated with each of the procedure technical steps used for their measurement. We then used these bioindicators in different agricultural contexts to assess their sensitivity. A first work has followed the rehabilitation of microbial patrimony of a polluted soil irrigated for a hundred years by sewage, by implanting a bioenergy crop. A second application has focused on the impact of different agricultural practices on microbial communities depending on the intensity of tillage (tillage vs. reduced tillage), management of crop residues (export vs. restitution), and the crop type (annual vs. perennial). Results highlighted that microbial molecular biomass and microbial taxonomic diversity achieved by high throughput sequencing are both robust and sensitive bioindicators to describe the microbiological quality of agricultural soils in very different contexts. Both bioindicators allow evidencing soil disturbances but also the positive impact of innovative practices. They may therefore represent powerful tools for the assessment of agricultural systems, helping to improve their long term management, allowing a sustainable use of resources provided by soils.

O conhecimento da estrutura da comunidade fitoplanctônica depende de estimativas robustas de biomassa e de como variam suas taxas de absorção de luz. Assim, é essencial descrever a relação entre grupos taxonômicos e seus morfotipos. Este trabalho investigou a influência da forma do fitoplâncton, por meio de sua razão S/V no coeficiente de absorção de luz. Comunidades fitoplanctônica de plataforma continental foram detalhadas taxonomicamente e categorizada como morfotipos para o cálculo de biomassa fitoplanctônica, razão S/V e tamanho médio, e relações com o coeficiente de absorção de luz foram exploradas. A razão Carbono:Clorofila-a variou entre a superfície e máximo de fluorescência, enquanto a biomassa permaneceu constante, sendo diatomáceas e dinoflagelados os principais grupos formadores de biomassa. Observamos morfotipos exclusivos a um dado grupo taxonômico, contudo, os intervalos de S/V são compartilhados entre grupos taxonômicos e entre morfotipos. A conversão entre biovolume e biomassa deve incorporar informações taxonômicas. A S/V média da comunidade não mostrou relação com a magnitude da absorção de luz pelo fitoplâncton. Os resultados puderam comprovar a baixa performance de modelos para a determinação de tamanho do fitoplâncton por pigmentos e sugerem que a fotoaclimatação deve ser incorporada para a discriminação bio-ótica do fitoplâncton marinho / Acurate descriptions of phytoplankton community structures depends on reliable estimation of biomass and on the understanding of light absorption. It is crucial to trace relationships between taxonomic groups and geometrical morphotypes. We investigated the influence of phytoplankton shapes in the light absorption coefficient by investigating surface/volume (S/V) ratios. Phytoplankton communities from the continental shelf were detailed taxonomicaly and also categorized in geometrical morphotypes in order to calculate phytoplankton biomass, S/V ratios and size to explore relatioships with spectral light absorption coefficients. The Carbon-to-Chlorophyll ratio varied between surface and the chlorophyll maximum deph while biomass remain fairly constant, and both diatoms and dinoflagellates were the main groups present in high biomass. Exclusive morfotypes were observed for some taxonomic groups, however, S/V ratios ranges were shared by distinct taxonomic groups and morphotypes. The conversion between biovolume and biomass must take taxonomic composition into account. The mean S/V for a community show no relatioship with the magnitude of ligth absorption. The results show a low performance of pigment-based models for description of fitoplankton size classes and highlight the importance of incorporating photooaclimation for bio-optical discrimination of marine phytoplankton communities

Plusieurs études à grande échelle ont identifié la modification ou la perte d’habitats comme menace principale à la conservation des communautés de poissons d’eau douce. Au Canada, « aucune perte nette dans la capacité productive des habitats » (NNL) est le principe directeur de la politique de gestion des habitats du ministère des Pêches et Océans. Le respect du NNL implique l’avancement des connaissances au niveau des relations entre les poissons et leurs habitats, de même que des outils pour quantifier l’impact de la modification des habitats sur les poissons. Les modèles d’utilisation de l’habitat des poissons (FHUM) sont des outils qui permettent d’améliorer nos connaissances des relations poissons – habitat, de prédire la distribution des espèces, mais aussi leurs densités, biomasses ou abondances, sur la base des caractéristiques de l’environnement. L’objectif général de mon mémoire est d’améliorer la performance des FHUM pour les rivières des basses Laurentides, en suggérant des perfectionnements au niveau de 2 aspects cruciaux de l’élaboration de tels modèles : la description précise de la communauté de poissons et l’utilisation de modèles statistiques efficaces. Dans un premier chapitre, j’évalue la performance relative de la pêcheuse électrique et de l’échantillonnage en visuel (plongée de surface) pour estimer les abondances des combinaisons d’espèces et de classes de taille des poissons en rivière. J’évalue aussi l’effet des conditions environnementales sur les différences potentielles entre les communautés observées par ces 2 méthodes d’échantillonnage. Pour ce faire, 10 sections de rivière de 20 m de longueur ont été échantillonnées à l’aide de ces 2 méthodes alors qu’elles étaient fermées par des filets de blocage. 3 plongeurs performèrent l’échantillonnage en visuel en se déplaçant de l’aval vers l’amont des sections, tout en dénombrant les espèces et classes de taille. Par la suite, nous avons fait 3 passages de pêcheuse électrique et les abondances furent estimées grâce à un modèle restreint de maximum de vraisemblance, basé sur la diminution des abondances observées. De plus grandes abondances de poissons furent observées en visuel qu’avec la pêcheuse électrique à tous les sites. La richesse spécifique observée en visuel était plus élevée (6/10) ou égale (4/10) à celle observée avec la pêcheuse électrique. Les différences entre les communautés de poissons observées à l’aide de ces 2 méthodes ne purent être reliées aux conditions environnementales. Les résultats de cette expérience sont contraires à ceux de toutes les études comparant ces 2 méthodes d’échantillonnage, lesquels suggèrent une supériorité de la pêcheuse électrique. Les conditions environnementales de notre expérience étaient distinctes de celles observées dans les autres études (absence d’arbres tombés dans l’eau, très peu de substrats grossiers), mais la différence la plus marquante était en terme de communauté de poissons observée (dominance des cyprinidés et des centrarchidés plutôt que des salmonidés). Je termine ce chapitre en suggérant que les caractéristiques comportementales favorisant l’évitement de la capture (formation de bancs) et facilitant l’observation en visuel (curiosité) sont responsables de la supériorité de la plongée de surface pour échantillonner les communautés dans les rivières des basses Laurentides. Dans un deuxième chapitre, je développe des FHUM pour des communautés de poissons de rivière ayant plusieurs espèces. Dans le but de simplifier la modélisation de telles communautés et d’améliorer notre compréhension des relations poissons – habitat, j’utilise les concepts de guilde écologique et de filtre environnemental pour explorer les relations entre les guildes formées sur la bases de différents types de traits (reproducteurs, taxonomiques, éco-morphologiques et alimentaires) et les conditions environnementales locales à l’échelle du méso-habitat. Les modèles d’habitats basés sur les guildes reproductrices ont clairement surpassé les autres modèles, parce que l’habitat de fraie reflète l’habitat de préférence en dehors de la période de reproduction. J’ai également utilisé l’approche inverse, c’est à dire définir des guildes d’utilisation de l’habitat et les mettre en relation avec les traits des espèces. Les traits reliés à l’alimentation des poissons ont semblés être les meilleurs pour expliquer l’appartenance aux groupes d’utilisation de l’habitat, mais le modèle utilisé ne représentait pas bien la relation entre les groupes. La validation de notre modèle basé sur les guildes reproductrices avec un jeu de données indépendant pourrait confirmer notre découverte, laquelle représente une manière prometteuse de modéliser les relations poissons – environnement dans des communautés de poissons complexes. En conclusion, mon mémoire suggère d’importantes améliorations aux FHUM pour les communautés de poissons des basses Laurentides, en suggérant de prendre en compte les caractéristiques biologiques des cours d’eau dans le choix d’une méthode d’échantillonnage, et également en utilisant une méthode prometteuse pour simplifier les FHUM de communautés de poissons complexes : les guildes reproductrices. / Many large scale studies have identified habitat modification or habitat losses as primary threats for the conservation of freshwater fish communities. In Canada, No Net Loss (NNL) of the productive capacity of habitats is the guiding principle of the Department of Fisheries and Oceans’ policy for the management of fish habitat. To respect NNL, a better understanding of fish-habitat relationships is required, as well as tools to quantify the impact of habitat modifications on fish. Fish habitat use models (FHUM) are tools that can improve our understanding of fish-habitat relationships, predict species occurrences, densities or biomass on the basis of habitat descriptors and quantify habitat requirements. They consist in relationships between biological descriptors of fish and habitat descriptors. The general objective of my thesis is to improve the performance of FHUM for the lower Laurentian streams by suggesting refinements on 2 crucial aspects in the development of these models: a precise description of the fish community and the use of efficient statistical models. In the first chapter, I evaluate the relative performance of electrofishing and visual surveys (snorkeling) for estimating the abundance of combinations of fish species and size classes in rivers. I also assessed the effect of environmental conditions on potential differences between the results obtained using these two sampling methods. Sampling sites consisted in 10 river sections of 20 m in length distributed in the Laurentian region of Québec. Both methods were used while sections were blocked. Three snorkelers that swam the river sections upstream while identifying and counting fish of each species and size-classes performed visual surveys. Three-pass electrofishing was performed and abundances were estimated with a maximum likelihood depletion model. Greater abundances of fish were observed by snorkeling than by electrofishing at all sites. Snorkeling species richness was higher (6/10) or equal (4/10) to electrofishing richness. Differences in the fish communities observed by both sampling methods were not related to environmental conditions. The results of our work are therefore contrary to that of most published studies that suggested the superiority of electrofishing on visual surveys. Compared to the conditions found in previous studies, our sampling sites had different environmental characteristics (no fallen trees, insignificant cover of large cobble and boulder) but the most striking dissimilarity was in terms of fish communities (dominance of cyprinids and centrarchids instead of salmonids). Behavioural characteristics favouring capture avoidance (schooling) and facilitating underwater observation (curiosity) may be responsible for the superiority of visual surveys in our study rivers. Survey methods should be selected based on fish community composition. In the second chapter, I develop FHUM for complex stream fish communities. In order to simplify the modelling of such communities, as well as improve our understanding of fish – habitat relationships, I used the ecological guild concept and the niche filtering hypothesis to explore the relationships between guilds based on different types of traits (eco-morphological, reproductive, alimentary and taxonomic) and local environmental descriptors, at the coarse meso-habitat scale. Reproductive guilds led to FHUM that clearly outperformed the other 3 approaches, because of the close relationship between preferred spawning grounds and non spawning habitat preferences, and also because reproductive traits are linked to habitat characteristics at the reach or coarse mesohabitat scale. We also defined guilds based on habitat-use and related them to species traits. Traits related to the feeding biology of fishes seemed to be the best at explaining the habitat-use guilds, but our model did not correctly represent the among-guild relationships. Validation of our reproductive trait model on an independent dataset would confirm our finding, which represents a promising way of modelling fish - habitat relationships in complex fish communities. In conclusion, my thesis suggests important improvements to FHUM models in the Laurentian streams by giving new insights on the choice of a sampling method that take into account the biological characteristics of the streams targeted, and by using a promising way of simplifying FHUM for species rich communities: reproductive guilds.