L'ubiquisme des diatomées et leur diversité taxonomique a favorisé l'utilisation croissante de ces algues pour l'évaluation des conditions environnementales en eaux douces. La contamination métallique qui affecte certains cours d'eau peut conduire à des modifications de la structure des communautés et de la morphologie des individus. Dans ces travaux, les caractéristiques des biofilms périphytiques ont été étudiées sur le terrain (bassin versant du Riou-Mort, Sud-Ouest de la France) et en conditions expérimentales. La présence de métaux (ici : cadmium, zinc) induit non seulement un remplacement des espèces sensibles (Cyclotella meneghiniana, Navicula gregaria, Navicula veneta) par des espèces plus tolérantes (notamment Eolimna minima), mais également une diminution de la taille de certains individus et / ou l'apparition d'anomalies morphologiques affectant de nombreuses espèces. Le rôle structurant d'autres facteurs abiotiques sur les communautés diatomiques a de plus été souligné, particulièrement celui de la présence de nutriments en concentrations élevées qui stimule la production de biomasse et modifie la structure des assemblages au profit d'espèces saprophiles. L'action protectrice de la matrice organique vis-à-vis des contaminants métalliques a également été confirmée au travers de ces travaux. La pertinence de l'utilisation des diatomées pour la bioindication des pollutions métalliques a été validée, et ces études fournissent une base à l'élaboration d'un indice diatomique de pollution métallique probable.

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L’objectif de cette thèse est de proposer une démarche pour identifier des plantes de service (Pds) utilisables en couverture vivante pour contrôler les adventices en bananeraie. Nous avons d’abord quantifié les effets de compétition réciproque entre le bananier et une couverture contrôlée par fauchage pour Brachiaria decumbens et Cynodon dactylon. Ces couverts ont eu des effets dépressifs sur la nutrition azotée du bananier et la productivité en premier cycle, le second cycle n’étant pas affecté. Dans un deuxième temps nous avons caractérisé au champ, en plantes isolées, la croissance en biomasse de huit légumineuses candidates sous différentes intensités lumineuses. En conditions lumineuses non limitantes, chaque espèce répondait à une dynamique exponentielle, définie par la biomasse 14 jours après semis et le taux de croissance relative (RGR). En conditions d’ombrage limitant, le RGR est réduit et le rapport surface foliaire sur biomasse aérienne croît. Ces réponses permettent de définir quatre stratégies d’adaptation à l’ombrage et d’identifier les Pds adaptées sous bananeraie. Pour trois de ces espèces, sur la base de la réponse de l’efficience photosynthétique, nous proposons un modèle de croissance en fonction de la ressource lumineuse. En peuplement, en présence d’adventices, aucune espèce évaluée n’a pu contrôler les grandes graminées, Stylosanthes guianensis et Centrosema pascuorum ont cependant réduit la biomasse des autres adventices de 60%. En bananeraie, les deux espèces évaluées ont exercé un contrôle sur les adventices mais ont réduit la productivité du premier cycle. Pour autant, ces résultats sont encourageants pour l’utilisation de Pds en bananeraie à des fins de contrôle des adventices. / The objective of this PhD thesis was to provide an approach to identify suitable cover crops (Pds) for weed control use in banana plantations. Firstly, we quantified the reciprocal effects between the banana crop and a grass cover controlled by mowing, for Brachiaria decumbens or Cynodon dactylon. These cover crops have had similar depressive effects on the nitrogen nutrition and on the productivity of the first cycle, but not afterward during the second cycle. Second step, we carried out a field characterization of eight legume cover crops, on isolated plants, under a range of light intensity. In non-limited light growth conditions, the biomass growth corresponded to an exponential dynamic, mathematically defined for each species by the biomass 14 days after sowing, and the relative growth rate (RGR). When affected by the shade, the RGR was reduced and the ratio between Leaf area and aerial plant biomass increased. We defined four adaptive strategies of the cover crops to the shade, what constitute criteria guidelines for cover crop use in banana cropping systems. For three of these species, on the basis of the response of the radiation use efficiency, we are proposing a plant growth model without any limiting factor other than light resource. In stands with the presence of weeds, neither of this cover crops was able to control the tall gramineous, but Stylosanthes guianensis and Centrosema pascuorum reduced the biomass of other weeds by 60%. Finally, in banana plantations, the two evaluated species provided a control of the weeds but reduced the productivity of the first cycle. Our results are comforting for the use of cover crops in banana plantation as a mean for weed control.

Les conséquences des flux de gènes et de l'introgression entre les cultures transgéniques et leurs apparentés sauvages sont encore au cœur des débats associés à la commercialisation des plantes génétiquement modifiées. J'ai développé mon étude sur les conséquences écologiques et évolutives du flux de gènes entre le colza (Brassica napus) et ses apparentés, la moutarde brune sauvage (B. juncea) et la ravenelle (Raphanus raphanistrum), en réalisant une série d'expériences en serre, au jardin et au champ à Beijing et à Dijon. En premier, j'ai présenté une revue synthétique de la littérature publiée sur les flux de gènes et ses effets sur la fitness chez les Brassicées. En second, j'ai cherché à mettre en évidence le rôle de la taille des semences hybrides entre du colza transgénique Bt et la moutarde. La petite taille des semences a réduit les capacités de croissance et de reproduction, mais l'effet sur la fitness était variable en fonction des fonds génétiques ou spécifiques. Les rétrocroisements sur le colza étaient plus faciles et productifs que pour les autres types de descendants. La plupart de ces plantes avait une morphologie de colza. Liée à la résistance à l'herbicide, cette caractéristique pourrait permettre aux descendants de survivre dans les champs et de disséminer les transgènes aux repousses et aux autres colzas, ce qui serait peut être plus gênant que de voir l'introgression réelle dans le génome du parent sauvage. Troisièmement, j'ai simulé le phénomène d'herbivorie chez la moutarde pour étudier la compétition entre des plantes résistantes et des plantes sensibles indépendamment des problèmes de fitness des hybrides interspécifiques. Les plantes résistantes ont un avantage compétitif évident sous la pression d'herbivorie, et cet avantage est exacerbé sous des conditions difficiles telles que de faibles ressources du milieu et l'intensité de l'herbivorie. L'utilisation d'insectes pour attaquer des populations mixtes composées de rétrocroisements sensibles et Bt-résistants aux insectes a confirmé ce résultat et a montré que le transgène n'avait pas de coût en l'absence d'insectes. La productivité totale des populations a augmenté avec la proportion de plantes résistantes. Quatrièmement, des populations de ravenelles ont été échantillonnées dans quatre régions éloignées entre elles, dont une ayant une longue histoire de coexistence avec le colza et donc ayant plus de chance d'avoir été soumise à l'hybridation interspécifique avec le colza. J'ai interprété la divergence des traits et leur polymorphisme dans le cadre d'une hypothèse d'introgression stabilisée en opposition au simple hasard, bien que les différences avec les autres populations n'étaient pas assez marquées pour faire sortir ces populations du domaine de variation décrit pour les ravenelles. Ces études soulignent plusieurs facteurs qui peuvent accroître le risque des flux de transgènes et l'introgression entre les cultures génétiquement modifiées et leurs apparentés sauvages, et cela doit être pris en compte dans les procédures d'évaluation des risques de l'usage de ces plantes. A savoir : la morphologie cultivée qui rend confuse l'identification des introgressants dans le cadre de la bio-surveillance, les petites semences hybrides avec une dormance et une dispersion supérieures, et l'intensité de l'herbivorie et de la compétition qui exacerbe l'avantage adaptatif des plantes transgéniques résistantes aux insectes. Cependant, l'hypothèse de la formation de " super mauvaises herbes " ne semble pas justifiée.

Les conséquences des flux de gènes et de l’introgression entre les cultures transgéniques et leurs apparentés sauvages sont encore au cœur des débats associés à la commercialisation des plantes génétiquement modifiées. J’ai développé mon étude sur les conséquences écologiques et évolutives du flux de gènes entre le colza (Brassica napus) et ses apparentés, la moutarde brune sauvage (B. juncea) et la ravenelle (Raphanus raphanistrum), en réalisant une série d’expériences en serre, au jardin et au champ à Beijing et à Dijon. En premier, j’ai présenté une revue synthétique de la littérature publiée sur les flux de gènes et ses effets sur la fitness chez les Brassicées. En second, j’ai cherché à mettre en évidence le rôle de la taille des semences hybrides entre du colza transgénique Bt et la moutarde. La petite taille des semences a réduit les capacités de croissance et de reproduction, mais l’effet sur la fitness était variable en fonction des fonds génétiques ou spécifiques. Les rétrocroisements sur le colza étaient plus faciles et productifs que pour les autres types de descendants. La plupart de ces plantes avait une morphologie de colza. Liée à la résistance à l’herbicide, cette caractéristique pourrait permettre aux descendants de survivre dans les champs et de disséminer les transgènes aux repousses et aux autres colzas, ce qui serait peut être plus gênant que de voir l’introgression réelle dans le génome du parent sauvage. Troisièmement, j’ai simulé le phénomène d’herbivorie chez la moutarde pour étudier la compétition entre des plantes résistantes et des plantes sensibles indépendamment des problèmes de fitness des hybrides interspécifiques. Les plantes résistantes ont un avantage compétitif évident sous la pression d’herbivorie, et cet avantage est exacerbé sous des conditions difficiles telles que de faibles ressources du milieu et l’intensité de l’herbivorie. L’utilisation d’insectes pour attaquer des populations mixtes composées de rétrocroisements sensibles et Bt-résistants aux insectes a confirmé ce résultat et a montré que le transgène n’avait pas de coût en l’absence d’insectes. La productivité totale des populations a augmenté avec la proportion de plantes résistantes. Quatrièmement, des populations de ravenelles ont été échantillonnées dans quatre régions éloignées entre elles, dont une ayant une longue histoire de coexistence avec le colza et donc ayant plus de chance d’avoir été soumise à l’hybridation interspécifique avec le colza. J’ai interprété la divergence des traits et leur polymorphisme dans le cadre d’une hypothèse d’introgression stabilisée en opposition au simple hasard, bien que les différences avec les autres populations n’étaient pas assez marquées pour faire sortir ces populations du domaine de variation décrit pour les ravenelles. Ces études soulignent plusieurs facteurs qui peuvent accroître le risque des flux de transgènes et l’introgression entre les cultures génétiquement modifiées et leurs apparentés sauvages, et cela doit être pris en compte dans les procédures d’évaluation des risques de l’usage de ces plantes. A savoir : la morphologie cultivée qui rend confuse l’identification des introgressants dans le cadre de la bio-surveillance, les petites semences hybrides avec une dormance et une dispersion supérieures, et l’intensité de l’herbivorie et de la compétition qui exacerbe l’avantage adaptatif des plantes transgéniques résistantes aux insectes. Cependant, l’hypothèse de la formation de « super mauvaises herbes » ne semble pas justifiée. / In the framework of commercial release for transgenic crops with novel traits, consequences of gene flow and introgression are still one main concern. I explored the ecological and evolutionary consequences of gene flow between oilseed rape (Brassica napus) and its wild relatives, brown mustard (B. juncea) and wild radish (Raphanus raphanistrum), through several experiments carried out in greenhouse, common garden and field in Beijing and Dijon. First, I revised a comprehensive review of the literature about gene flow and its effect on plant fitness in the Brassiceae. Second, I investigated the effects on gene flow of seed size of hybrids between Bt-transgenic oilseed rape and mustard. Small seed size significantly reduced plant growth and reproduction, but its influence on plant fitness varied among genetic backgrounds. Backcrosses to oilseed rape were easier and more productive than other types of progeny of hybrids. Most of these plants exhibited oilseed rape morphology. Together with herbicide-resistance, this trait could help the progeny to survive in the field and disseminate the transgene to volunteers and feral populations, which could be more troublesome than completing introgression into the genome of the wild parent species. Third, I simulated herbivory on mustard to study the competition between insect-resistant and susceptible plants independently to the fitness of the interspecific hybrid. Resistant plants held a competitive advantage under herbivory pressure, and this advantage was magnified in harsh conditions, such as low resources and high simulated herbivory pressure. The use of insects to attack mixed populations composed of transgenic Bt-resistant and susceptible backcrosses confirmed the same conclusion and provided evidence of no cost due to the transgene in the absence of insect. The overall population production increased with the increasing proportion of insect-resistant plants in the presence of insects. Fourth, wild radish populations were sampled from four geographically distant regions, of which one region had a long history of oilseed rape cultivation, and, therefore, higher chance to have been submitted to interspecific hybridization with the crop. Traits divergence and polymorphism in the putative introgressed populations could be supported as alternate hypothesis to random variation, although the differences were not marked enough to place these populations out of the range of variation described in wild radish. These studies pointed out different factors that could enhance the risk of transgenic flow and introgression from transgenic crops to wild relatives, and they must be taken into account in the risk assessment of the use of GM crops: crop traits to identify the hybrid progeny and perform monitoring, small seed size to account for seed dispersal and dormancy, and intensity of herbivory and competition that magnify the fitness advantage of insect-resistant transgenic plants. However, the impact of introgression to create super-weeds was not supported.

Etudier un phénomène écologique requiert de le considérer dans sa globalité afin d’appréhender l’ensemble de ses causes et ses conséquences. Dans la plaine de la Crau, écosystème pseudo-steppique du sud est de la France, la fragmentation des habitats, la perte de biodiversité et les changements d’usage ont favorisé l’envahissement de fragments relictuels de steppe par Rubus ulmifolius Schott. Par une approche multiscalaire, les objectifs de cette thèse sont de mettre en évidence les facteurs responsables de cet envahissement, d’appréhender ses conséquences sur la communauté végétale et de tester d’éventuelles techniques de restauration écologique en évaluant leurs effets à l’échelle de la communauté et de la population de ronces. La présence de fortes proportions de zones irriguées et de parcelles anciennement cultivées dans la matrice paysagère proche des zones envahies correspond à des taux de recouvrements parcellaires en ronciers plus élevés. A l’échelle de la communauté végétale, les infiltrations hydriques ont également des effets importants sur la végétation steppique en permettant le développement d’une espèce herbacée compétitrice : Brachypodium phoenicoïdes (L.) Roem. & Schult. Aucun des différents régimes de perturbation (débroussaillage et/ou pâturage) testés, croisés au drainage ou non du sol ne permet de restaurer à court terme (trois années) l’intégrité de la steppe de référence. Seule une augmentation significative de la richesse et de la diversité spécifique est mesurée dans le cas d’un débroussaillage et d’un pâturage annuel des placettes. A l’échelle des ronces, les effets des différents traitements varient selon l’année, la saison ou la période de la journée considérée. Les régimes de perturbation (débroussaillage et/ou pâturage) ont cependant plus d'influence sur les traits éco-physiologiques et morphologiques de la ronce que la limitation des ressources en eau. Nos résultats soulignent ainsi la difficulté de contrôler à court terme la dynamique d’une espèce envahissante. Ils ouvrent également le débat sur les objectifs de conservation et/ou de restauration des parcelles qui peuvent alors être considérées comme des écosystèmes dégradés ou comme de « nouveaux écosystèmes » dont les potentiels patrimoniaux sont encore inconnus. / Studying an ecological phenomenon require to consider it in its entirety in order to apprehend all the causes and consequences. In the Plain of La Crau, a sub-steppic ecosystem in southeastern France, habitat fragmentation, loss of biodiversity and land-uses changes have fostered the encroachment by a species of brambles Rubus ulmifolius Schott of the original steppic patches. Using a multiscale analysis, the aims of the thesis are to highlight the main drivers, to assess the consequences on the plant community and to test restoration techniques by evaluating their effects on plant community and on bramble population. The presence of high proportions of irrigated habitats and formely fallows around invaded plots correspond to the largest cover rates of brambles. At community scale, water infiltrations have also a great impact on the steppe plant community by favoring the dynamic of an herbaceous competitor species: Brachypodium phoenicoïdes (L.) Roem. & Schult. Among the different disturbance regimes tested (scrub-clearing and / or grazing), crossed with the presence or the absence of sol draining, none could restore in the short-term (3 years), the integrity of the steppe reference. A significant increase in species richness and diversity was only measured for drained, scrub-cleared and annually grazed plots. At bramble population scale, the effects of the different treatments change depending on the year, the season and the time of the day. However, disturbance regimes (clearing and / or grazing) have more impact on eco-physiological and morphological traits of the bramble than the water resources limitation. Our results highlight the difficulty controlling short-term dynamics of an invasive species. They question the objectives of conservation and / or restoration of plots which can then be considered as degraded ecosystems or as "novel ecosystems" whose potential patrimonial values are still unknown.