Avec l'intensification de la sylviculture et des échanges internationaux (introductions d'insectes ou plantations d'essences exotiques), les arbres forestiers sont de plus en plus confrontés à des attaques de nouveaux insectes phytophages. La compréhension des mécanismes d’adaptation de ces insectes à de nouveaux hôtes représente un enjeu scientifique majeur faisant intervenir de nombreux facteurs et des processus biologiques complexes. Dans ce contexte, nous nous sommes focalisés sur l’étude du rôle de deux facteurs : (1) la proximité taxonomique entre hôtes naturels et nouveaux de l'insecte ; (2) l’étendue du spectre d’hôtes naturels de l’insecte. Quatre approches complémentaires (méta-analyse, inventaire terrain, tests comportementaux, analyses génétiques), réalisées à différentes échelles taxonomiques et géographiques, ont été développées, les trois dernières approches se focalisant sur les relations scolytes indigènes - conifères introduits. Les objectifs étaient, d'une part d’approfondir les connaissances sur les capacités des insectes forestiers à étendre leur gamme d’hôtes, d'autre part d'apporter des informations utiles au gestionnaire forestier pour évaluer les risques économiques et écologiques qui découlent de ces adaptations. Les résultats des quatre approches concordent pour démontrer l’importance des deux facteurs testés dans les relations insectes-arbres en général et scolytesconifères en particulier. Les insectes à large spectre d’hôtes naturels seraient plus aptes à coloniser de nouveaux hôtes que ceux dont la gamme d’hôtes est plus restreinte. Parallèlement, la présence d'hôtes nouveaux proches taxonomiquement des hôtes naturels faciliterait le changement d’hôte. L’ensemble de nos résultats a contribué à compléter les connaissances sur l’évolution de la gamme d’hôtes des insectes forestiers phytophages en présence de nouveaux hôtes et par conséquent sur la sensibilité relative de ces hôtes par rapport aux hôtes autochtones. / With the intensification of forestry and global trade (insect introductions or plantations of exotic trees), forest trees have increasingly to face attacks by novel phytophagous insects. Understanding the adaptation mechanisms of these insects to their novel hosts, represents a crucial scientific issue involving many factors and complex biological processes. In this general topic, we focused on the role of two factors: (1) the taxonomic proximity between natural and novel hosts of the insects; (2) the host specificity of the insect. Four complementary approaches (meta-analysis, field inventory, behavioral tests and genetic analyses) at different taxonomic and geographical scales have been developed, the last three approaches focusing on the adaptation of indigenous bark beetles to exotic conifers. The objectives were, firstly to improve knowledge on the ability of forest insects to extend their natural host range, and secondly to provide useful information to forest managers, in order they can assess ecological and economic risks arising from these adaptations. Results from the four approaches agree to demonstrate the importance of both tested factors in the insect-tree relationships in general and conifer-bark beetle in particular. Forest insects with a broad natural host range appear to be better colonizers of novel hosts than insects with a narrow host range. The presence of novel tree species taxonomically related to native hosts seems to favor insect host shift. This work has also contributed to improve knowledge on the evolution of the host range of phytophagous forest insects in presence of novel host trees species, and consequently on the sensitivity of these hosts relatively to native ones.

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal. / L'objectif de cette thèse était de mieux comprendre ce qui contrôle la spécificité parasitaire dans le système hôte-parasite constitué par les poissons de la famille des Sparidae et leurs monogènes (Plathelminthes ectoparasites) spécifiques du genre Lamellodiscus. En d'autres termes, il s'agissait de comprendre les causes amenant une espèce parasite à utiliser une seule ou plusieurs espèces hôtes. On suppose que la spécificité est soumise à des contraintes écologiques et évolutives. L'hypothèse d'une augmentation de la diversité taxonomique avec la spécificité a également été testée. Cela est basé sur l'idée que les espèces généralistes, plus tolérantes à leur environnement, sont supposées être moins sujettes à subir des spéciations après un changement d'hôte, et ainsi être moins diversifiées que les espèces spécialistes. Comme l'histoire évolutive des parasites peut être influencée par celle de leurs hôtes à travers des phénomènes de coévolution, il était nécessaire d'obtenir une phylogénie des hôtes et des parasites. L'étude de la coévolution hôte-parasite dans ce système avait pour but de déterminer si le profil d'association hôte-parasite (et donc la spécificité) est contrôlé par des interactions coévolutives. Des phylogénies ont été élaborées pour les hôtes et les parasites à partir de données moléculaires obtenues par séquençage d'ADN. Cette analyse moléculaire a permis de reconsidérer le statut taxonomique de plusieurs espèces de monogènes : sur la base des sequences obtenues, Lamellodiscus virgula et L. obeliae s'avèrent être une seule espèce (L. virgula), alors que Furnestinia echeneis fait partie du genre Lamellodiscus. Plusieurs méthodes d'étude de la coévolution ont été utilisées dans ce travail. L'une d'elles, ParaFit, a été mise au point pendant la thèse. Toutes les méthodes indiquent que ce système complexe ne semble pratiquement pas être soumis à des phénomènes de cospéciation. Aucun lien entre la diversification taxonoinique et la spécificité n'a pu être mis en évidence chez les Lamellodiscus et la famille qui les contient, les Diplectanidae. Par contre, un tel lien a été mis en évidence au niveau des groupes principaux de parasites. Les déterminants écologiques et phylogénétiques de la spécificité ont ensuite été recherchés à l'aide d'analyses statistiques multivariables. Les variables considérées étaient des caractéristiques des hôtes considérées comme des déterminants écologiques potentiels de la spécificité. La phylogénie des parasites a été prise en compte dans ces analyses à l'aide de méthodes comparatives, comme la méthode des contrastes indépendants. La spécificité apparaît être fortement contrainte par la phylogénie, ce qui suggère l'existence de déterminants génétiquement transmissibles. Les analyses révèlent également que les parasites spécialistes ont tendance à utiliser les hôtes les plus grands. Cela est interprété comme une spécialisation sur une ressource prédictible. / The objective of this thesis was to obtain a better understanding of the factors controlling host specificity in the host-parasite system formed by fish from the family Sparidae and their specific monogeneans parasites from the genus Lamellodiscus (Platyhelminthes). In other words, the goal was to understand the factors determining the number of hosts used by a parasite species. We assumed that specificity is under ecological and evolutionary constraints. The hypothesis of an increase of taxonomic diversity with specificity was also tested. It is based on the idea that generalist species are more tolerant to their environment, and therefore less subject to speciation after a host change event, and are then less diversified than specialist species. Since the evolutionary history of parasites can be influenced by the history of their hosts via coevolutionary interactions, it was necessary to obtain phylogenies for the hosts and parasites. The aim of the study of host-parasite coevolution in this system was to assess if the pattern of host-parasite association (and consequently, specificity) was determined by coevolutionary interactions. Phylogenies were obtained for hosts and parasites from the analysis of DNA sequences. This analysis, carried out at the molecular level, led us to reconsider the taxonomic status of several monogenean species. On the basis of the DNA sequences obtained, Lamellodiscus virgula and L. obeliae appear to form a single species (L. virgula), while Fumestinia echeneis is transferred to the genus Lamellodiscus. Several analytical methods were used to study host-parasite coevolution in this system. Among them, ParaFit was designed during this thesis. All methods agreed that this host-parasite system does not exhibit a general cospeciation pattern. No link between taxonomic diversity and specificity has been found in Lamellodiscus, nor in their family, the Diplectanidae. However, such a link was found when the main groups of parasites were considered. Ecological and phylogenetic determinants of specificity were investigated via multivariate statistical methods. The variables included in the analyses were potential host-related ecological determinants of specificity. The parasite phytogeny was taken into account through comparative methods, including the independent contrasts method. Specificity appears to be strongly constrained by the phylogeny, suggesting the existence of genetically transmitted determinants. The analyses also revealed that Lamellodiscus monogeneans tend to specialize on larger hosts. This is interpreted as a specialization on a predictable resource.

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

L'objectif de ce travail était d'étudier les interactions entre une plante à phytoremédiatrice ?, Lantana camara (Verbenaceae), le ver de terre, Pontoscolex corethrurus (Glossoscolecidae) et les microorganismes telluriques d'un sol pollué au plomb. Dans un premier temps, il apparaît que dans les sols contaminés, la présence de ver conduit à un accroissement de la biomasse des parties aériennes et racinaires des plantes ainsi qu'à une augmentation de l'absorption de plomb. La caractérisation physico-chimique des agrégats racinaires a montré que l'activité des vers augmente le taux de matière organique, la capacité d'échange cationique ainsi que l'azote total, le potassium total et disponible. De plus, la présence des vers augmente certaines activités enzymatiques de la rhizosphère. La croissance accrue de L. camara pourrait résulter de ces différentes actions. L'action des vers de terre sur les plantes se ferait via les communautés microbiennes telluriques. Ainsi, la biomasse des microorganismes, bactéries et champignons, des agrégats racinaires augmente en présence de vers. La PCR-DGGE n'a pas permis de mettre en évidence de modifications de la structure taxonomique des communautés bactériennes sous l'influence du Pb et/ou du vers, par contre l'analyse des profils physiologiques par plaques Biolog montre clairement une diversification fonctionnelle bactérienne. Les communautés fongiques voient, elles, leur diversité taxonomique, augmenter sous l'action des vers. La restructuration des populations microbiennes, en présence de vers, des agrégats racinaires élaborés par les plantes en milieu pollué au plomb est l'élément déterminant pour la compréhension de l'impact de P. corethrurus sur la croissance et la phytoremédiation de L. camara. L'association de ces deux organismes aurait donc un potentiel considérable pour le traitement de sites industriels pollués au plomb / The objective of this work was to study the interactions between phytoremediating plant Lantana camara (Verbenaceae), the earthworm Pontoscolex corethrurus (Glossocolecidae) and microorganisms in soil contaminated with lead. Initially, it appears that in the contaminated soil, the presence of earthworm leads to an increase in the biomass of root and aerial parts of plants and increased absorption of lead. The physico-chemical characterization of root-aggregates showed that the activity of earthworms increases the rate of organic matter, cation exchange capacity, total nitrogen, total and available potassium. Moreover, the presence of earthworms increases certain enzymatic activities in the rhizosphere. The increased growth of L. camara could result from these different actions. The action of earthworm on plants would be through terrestrial microbial-communities. Thus, the biomass of microorganisms, bacteria and fungi, of root-aggregates increase in the presence of earthworms. By PCR-DGGE, we were unable to demonstrate differences in taxonomic diversity of the bacteria community but the analysis of physiological profiles with Biolog plates showed that the activities of earthworm enhance the functional diversity of soil bacteria. In other hand, the restructuring of fungal taxonomy has been clearly observed by the activity of earthworm. All changes observed can explain increased growth of plants and improved phytoextraction of heavy metal. Finally, the study underlines the role of the earthworms on the growth and the phytoextraction efficiency of the plants. So, the combination of earthworm P. corethrurus and plant L. camara could be considerable potential for the treatment of industrial sites polluted with lead

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.

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.

Les effets du changement climatique sur la biodiversité à l'échelle du globe sont maintenant sans équivoque. Parmi les écosystèmes affectés, les cours d'eau sont particulièrement vulnérables aux fluctuations du climat. Les modifications de structure et de composition des communautés aquatiques constituent alors un signal intégrateur des réponses écologiques à ces changements climatiques. Dans certaines circonstances, ce signal peut également être exacerbé, modéré ou potentiellement masqué par d'autres variations abiotiques.L'objectif de ce travail de thèse était donc d'évaluer l'effet relatif de différents facteurs de forçage sur les tendances d'évolution à long-terme des communautés de macroinvertébrés benthiques de grands cours d'eau, dans un contexte de changement climatique global. Nos investigations ont ciblé plus spécifiquement la Loire moyenne car, en tant que grande rivière de plaine, elle est particulièrement concernée par les problèmes liés aux stress multiples. En ce qui concerne le choix du compartiment biologique, la faune benthique a été sélectionnée pour son intérêt reconnu en bioévaluation des cours d'eau, notamment grâce à une grande diversité de réponses potentielles aux perturbations environnementales et à un certain nombre d'avantages méthodologiques.Dans un premier temps, nous nous sommes appliqués à caractériser les modifications temporelles de dix paramètres abiotiques majeurs sur trois décennies (1977-2008). Nous avons notamment mis en évidence le réchauffement graduel de la Loire (c. +1,2°C en moyenne annuelle sur les trois décades), couplé à une réduction significative du débit moyen (c. -25%), les deux tendances étant exacerbées en période chaude (mai-août). Dans le même temps, alors que ces modifications étaient susceptibles de provoquer une augmentation du niveau trophique du fleuve, nous avons souligné l'existence d'un effet confondant de l'amélioration des traitements d'épuration (i.e. réduction des apports en phosphore), se traduisant principalement par la baisse des concentrations en phosphates et la limitation des organismes phytoplanctoniques.Dans un second temps, nous nous sommes intéressés aux réponses structurelles et fonctionnelles long-terme (i.e. 30 ans) des invertébrés de la Loire à ces deux évolutions concomitantes majeures. En premier lieu, nous avons constaté que le réchauffement et, dans une moindre mesure, la réduction du débit sont impliqués dans la disparition ou le déclin progressif de taxons rhéophiles et psychrophiles (e.g. Chloroperlidae). En parallèle, ces modifications hydroclimatiques expliquent une majeure partie de l'apparition et de la colonisation de taxons limnophiles et thermophiles, comprenant certaines espèces invasives (e.g. Corbicula sp.). En termes de réponses fonctionnelles, ces changements s'illustrent par une évolution adaptative des profils de traits biologiques cohérente avec les prédictions a priori qu'il est possible de faire dans un cadre théorique. Toutefois, cette dérive progressive vers un assemblage généraliste et polluotolérant est partiellement confondue par l'amélioration de la qualité d'eau, qui explique l'apparition de nouveaux taxons polluo-sensibles lors des dernières années (e.g. Philopotamidae). Bien qu'aucune résilience taxonomique ou fonctionnelle ne soit constatée, cette tendance se manifeste, via les traits biologiques, par un transfert probable des ressources trophiques depuis les organismes phytoplanctoniques vers des biofilms épibenthiques et des macrophytes.Pour finir, nous avons exploré la variabilité spatiale multi-sites de ces tendances biotiques et abiotiques et montré que l'ensemble de ces résultats, qui corrobore déjà un certain nombre d'observations en Europe, constitue également un patron homogène le long de la Loire moyenne (sur près de 300 km) et entre différents hydrosystèmes (e.g. Loire, Seine, Meuse).