Ce travail est une contribution à l'étude de l'écologie trophique d'importants prédateurs de la partie Nord du système du Courant de Humboldt (NSCH), le chinchard (Trachurus murphyi), le maquereau (Scomber japonicus) et le calmar géant (Dosidicus gigas). Nous avons caractérisé la variabilité des modes d'alimentation de ces espèces à différentes échelles spatiotemporelles et fourni de nouvelles connaissances sur le comportement alimentaire de ces espèces, définies comme opportunistes par des travaux antérieurs. Pour ce faire, nous avons appliqué une variété de méthodes statistiques à un vaste jeu de données comprenant 27188 estomacs non vides. Sur cette base nous avons décrit l'organisation spatiale de la faune fourrage de ces prédateurs et documenté les changements dans la composition des proies en fonction de la taille de prédateurs et des conditions environnementales. Nos résultats indiquent que l'oxygène dissous jour un rôle clef dans ces processus. Nous avons également résolu un paradoxe sur l'alimentation du calmar géant: pourquoi ils ne se nourrissent guère sur l'immense biomasse d'anchois (Engraulis ringens) présente le long de la côte du Pérou? Nous avons montré que la présence d'une zone de minimum d'oxygène (ZMO) superficielle devant le Pérou pourrait limiter la cooccurrence entre calmars géant et anchois. Pour synthétiser ces résultats, nous avons proposé un modèle conceptuel de l'écologie trophique du calmar géant tenant compte du cycle ontogénétique, de l'oxygène et de la disponibilité des proies. Par ailleurs, nous avons montré que le chinchard et le maquereau se nourrissent des espèces les plus accessibles comme par exemple la galathée Pleurocondes monodon ou les larves zoea. Ces deux prédateurs présentent un chevauchement trophique mais, contrairement à ce qui avait été décrit dans d'autres études, le chinchard n'est pas aussi vorace que le maquereau. Le régime alimentaire de ces poissons est caractérisé par une forte variabilité spatio-temporelle et le talus continental s'avère être une importante frontière biogéographique. La composition du régime alimentaire des poissons prédateurs étudiés n'est pas nécessairement un indicateur cohérent de l'évolution de la biomasse des proies. Les événements El Niño ont eu un faible effet sur le taux de remplissage des estomacs et sur le régime alimentaire du chinchard et du maquereau. Par ailleurs les changements en diversité des proies à échelle décennale contredisent le classique paradigme de corrélation positive entre diversité et température. Finalement, les patrons globaux décrits dans ce travail, illustrent le comportement alimentaire opportuniste, les stratégies de vie et le haut degré de plasticité de ces espèces. Un tel comportement permet de s'adapter aux changements de l'environnement. / This work provides a contribution to a better understanding of the trophic ecology of important predators in the Northern Humboldt Current System, the jack mackerel (Trachurus murphyi), the chub mackerel (Scomber japonicus) and the jumbo squid (Dosidicus gigas) by the characterization of the highly variable feeding patterns of these species at different spatiotemporal scales. We provided new knowledge on the comparative trophic behaviour of these species, defined as opportunistic in previous investigations. For that purpose we applied a variety of statistical methods to an extensive dataset of 27,188 non-empty stomachs. We defined the spatial organization of the forage fauna of these predators and documented changes in prey composition according to predators' size and spatiotemporal features of environment. Our results highligh the key role played by the dissolved oxygen. We also deciphered an important paradox on the jumbo squid diet: why do they hardly forage on the huge anchovy (Engraulis ringens) biomass distributed of coastal Peru? We showed that the shallow oxygen minimum zone present off coastal Peru could hamper the co-occurrence of jumbo squids and anchovies. In addition, we proposed a conceptual model on jumbo squid trophic ecology including the ontogenetic cycle, oxygen and prey availability. Moreover we showed that the trophic behaviour of jack mackerel and chub mackerel is adapted to forage on more accessible species such as for example the squat lobster Pleurocondes monodon and Zoea larvae. Besides, both predators present a trophic overlap. But jack mackerel was not as voracious as chub mackerel, contradictorily to what was observed by others authors. Fish diet presented a high spatiotemporal variability, and the shelf break appeared as a strong biogeographical frontier. Diet composition of our fish predators was not necessarily a consistent indicator of changes in prey biomass. El Niño events had a weak effect on the stomach fullness and diet composition of chub mackerel and jack mackerel. Moreover, decadal changes in diet diversity challenged the classic paradigm of positive correlation between species richness and temperature. Finally, the global patterns that we described in this work, illustrated the opportunistic foraging behaviour, life strategies and the high degree of plasticity of these species. Such behaviour allows adaptation to changes in the environment.

Les travaux de cette thèse se sont situés autour de la relation entre discrimination isotopique du carbone 13 et échanges gazeux foliaires. Le modèle établi par Farquhar et al. (1982) permet de prédire la discrimination contre le 13C pendant la photosynthèse (delta13C) en tenant compte des processus de diffusion, de carboxylation et décarboxylation engagés pendant la photosynthèse. Cette relation permet d'utiliser delta13C comme indicateur de l'efficience d'utilisation de l'eau (WUE, quantité de carbone fixé en fonction de l'eau consommée), un paramètre particulièrement important dans un contexte de changement climatique, d'agriculture et de sylviculture. Le modèle de delta13C a également été utilisé pour estimer la conductance mésophyllienne au CO2 (gm), un paramètre qui limite fortement la photosynthèse via la disponibilité en carbone dans le chloroplaste. Au cours de nos travaux, nous avons analysé le modèle delta13C pour identifier les paramètres les plus influents dans le modèle, et mis en évidence que l'utilisation du "modèle simple" de delta13C (ignorant gm et les processus de décarboxylation) peut induire un biais important dans l'estimation de WUE. Dans un second temps nous nous sommes concentrés sur les possibles variations à court-terme de gm, un domaine encore sujet a débat. Nous avons confirmé que gm était sensible aux variations de CO2 et d'irradiance sur toutes les espèces d'arbres mesurées dans cette étude. Nous avons aussi montré que ces variations rapides ne peuvent pas être dues a des variations des autres paramètres du modèle, à l'exception possible du paramètre b (discrimination pendant la carboxylation). Nous suggérons que les prochaines études dans ce domaine portent sur (i) la possible variabilité environnementale et génétique du paramètre b et (ii) les mécanismes à l'origine des variations rapides de gm (aquaporines et anhydrases carboniques) / This work was focused on the relationship between isotopic discrimination of 13C during photosynthesis (delta13C) and leaf gas exchange. The model of Farquhar and colleagues (Farquhar et al. 1982) predicts delta13C by accounting for diffusion, carboxylation and decarboxylation processes during the photosynthesis. This relationship is widely used and delta13C is frequently considered as a proxy water use efficiency (WUE, the amount of water required to fix a amount of carbon), an interesting parameter in the context of climate change, crop production and sylviculture. The delta13C model is also used to assess mesophyll conductance to CO2 (gm), that strongly limits photosynthesis via the availability of carbon in the chloroplast. Along this work we analyzed the delta13C model and identified the most important parameters, and highlighted that using the "simple form" of the model (which ignores gm and the decarboxylations) could lead to misestimating WUE. We also focused on the possible rapid variations of gm, a subject still under debate. We confirmed that gm was sensitive to rapid variations of CO2 and irradiance in all species tested in this study. We also showed that apparent rapid variations of gm could not be induced by variations of other parameters in the model, with the exception of parameter b (discrimination during carboxylation). We propose that future studies should focus on (i) the possible environmental and genetic variability of parameter b, and (ii) the physiological processes able to change gm at short time scales (aquaporins and carbonic anhydrase).

Le but de cette thèse est d'étudier les comportements individuels liés à la sélection de l'habitat de reproduction chez un oiseau marin colonial longévif, la mouette tridactyle et de déterminer leur importance dans la réponse des populations aux changements environnementaux à différentes échelles spatiales et temporelles. Dans un premier temps, des approches expérimentales incluant un suivi du mouvement des individus par GPS et balises Argos ont permis de démontrer que seuls des individus en échec de reproduction effectuent des mouvements de prospection impliquant la visite d'autres zones de reproduction. Ces mouvements ont été enregistrés depuis la période de fin d'incubation jusqu'à la période d'élevage des poussins à des échelles spatiales aussi bien locales (<1km) que régionales (> 40 km), dans des conditions environnementales variées. Ensuite, un modèle de dynamique des populations considérant différentes stratégies de dispersion a montré que contrairement à la philopatrie et la dispersion aléatoire, l'utilisation d'informations personnelle et sociale par les individus permet aux populations de maintenir des effectifs élevés et de persister sur le long-terme. Enfin, des modèles de captures-recaptures ont mis en évidence des interactions indirectes entre protocoles de suivis à long-terme d'individus marqués et comportements individuels liés à la dispersion. Ces interactions peuvent notamment biaiser l'estimation de paramètres démographiques tels que le taux de survie annuelle. L'ensemble de nos résultats démontre que la sélection de l'habitat de reproduction et la dispersion sont des processus complexes mais essentiels dans la compréhension du fonctionnement des populations et qu'ils doivent être mieux pris en compte dans les modèles prédictifs de dynamique, structure et persistance des populations en réponse aux changements environnementaux. / The aim of this thesis is to study individual behaviours linked to breeding habitat selection in a long-lived colonial seabird, the black-legged kittiwake, and to determine their importance in population responses to environmental changes occurring at different spatial and temporal scales. First, experimental approaches including GPS and satellite tracking of individuals allowed demonstrating that only failed breeders performed prospecting movements involving visits of other breeding areas. These movements were recorded from egg incubation to chick rearing at local spatial scales (<1 km) as well as large spatial scales (> 40km), in various environmental conditions. Then, a population dynamic model considering different dispersal strategies showed that contrarily to philopatry and random dispersal, personal and social information use by individuals favoured population persistence in the long-term. Finally, capture-recapture models highlighted indirect interactions between sampling designs of long-term surveys of marked individuals and behaviours linked to dispersal. These interactions can notably bias the estimation of demographic parameters such as annual survival rate. All our results demonstrate that breeding habitat selection and dispersal are complex but essential processes in the understanding of population functioning and they have to be considered in models predicting the dynamics, structure and persistence of populations in response to environmental changes.

En Afrique Centrale, l'exploitation de la forêt tropicale humide représente un secteur économique important pour les pays de la région, autant par les devises qu'elle rapporte que par les emplois qu'elle génère. Ces forêts sont également pour les populations locales une réserve essentielle de ressources (produits forestiers non ligneux, protéines par l'intermédiaire de la chasse). La gestion durable de ces forêts repose souvent sur des modèles de dynamique de population structurée en taille appelés aussi modèles matriciels, qui décrivent la dynamique forestière et permettent de prédire l'évolution temporelle du stock de bois. La précision des prédictions du modèle est directement liée à la précision des estimations des paramètres du modèle. Ces paramètres, appelés aussi taux vitaux, incluent les taux de croissance, de recrutement et de mortalité. Il existe deux principales sources de variabilité dans l'estimation des paramètres : la variabilité d'échantillonnage, et la variabilité environnementale. La variabilité d'échantillonnage dépend de la quantité de données disponibles pour estimer les paramètres. Comme les forêts tropicales humides ont une richesse spécifique élevée avec beaucoup d'espèces rares, la plupart des paramètres estimés pour chaque espèce ont une erreur forte. Une manière de résoudre ce problème est de regrouper les espèces ayant un comportement démographique similaire afin d'augmenter le nombre d'observations disponibles. La variabilité due à l'environnement est liée aux variations spatiales et temporelles des paramètres de transition en raison des fluctuations de l'environnement (comme le climat ou le sol). Ce type de variabilité n'est pas encore pris en compte dans les modèles utilisés par les gestionnaires forestiers. L'objectif de l'étude est d'intégrer la variabilité liée au climat (pluviosité) dans les prédictions de la dynamique forestière et de regrouper les espèces en fonction de leur réponse à la pluviosité. Dans un premier temps, nous regroupons les espèces et déterminons simultanément la relation entre les taux de croissance, de mortalité et de recrutement, et les variables climatiques, pour chacun des groupes d'espèces à l'aide d'un modèle de mélange de régressions. Les données sur lesquelles le modèle est ajusté proviennent de placettes permanentes (40 ha, 25 ans de suivi) situées à M'Baïki, en République Centrafricaine. Les placettes sont installées dans une forêt mixte semi-décidue, où le climat présente une saison sèche marquée et où la pluviosité annuelle moyenne est de 1739mm. Les variables climatiques utilisées sont la longueur de la saison sèche, la pluviosité moyenne pendant la saison sèche et la réserve en eau du sol annuelle moyenne. La réponse de la croissance, de la mortalité et du recrutement aux variables climatiques varie selon les espèces. Neuf groupes de réponse ont été déterminés pour la croissance, trois pour la mortalité et cinq pour le recrutement. Les groupes de réponse basés sur la croissance montrent une corrélation entre la réponse à la sécheresse et la tolérance à l'ombre des espèces. Dans un second temps, nous prédisons la dynamique du peuplement forestier qui intègre la variabilité des précipitations, et la variabilité de la réponse des espèces à la pluviosité. La dynamique du peuplement est prédite pour 3 scénarios climatiques : une augmentation de la sécheresse, une augmentation de la pluviosité, ou aucun changement des précipitations. La réponse du peuplement est analysée en termes d'évolution de la structure du peuplement (surface terrière et densité), et de composition relative des groupes d'espèces définis auparavant. Les analyses révèlent un gradient de réponse à la sécheresse opposant 9 espèces majoritairement pionnières, qui répondent négativement à la sécheresse, à 60 espèces majoritairement tolérantes à l'ombre qui répondent positivement. Le peuplement forestier de M'Baïki semble donc résistant à la sécheresse. De plus, la réponse à la sécheresse semble pilotée par la réponse de la mortalité aux variables climatiques, les espèces tolérantes à l'ombre ayant une mortalité plus faible pendant la sécheresse, probablement grâce à l'augmentation de la luminosité dans le sous-bois résultant d'une période de défoliation des arbres décidus de la canopée plus longue pendant la sécheresse. Dans ce travail, nous avons également montré que l'exploitation augmente la proportion des espèces pionnières dans le peuplement. Par conséquent, une intensification de l'exploitation rendrait le peuplement plus sensible à la sécheresse.

L’Arctique se réchauffe deux fois plus vite que le reste du monde, entrainant des changements majeurs des écosystèmes marins. Par exemple, l’étendue de la banquise diminue, et la distribution des masses d’air change, modifiant les régimes de vents et de précipitations. Parallèlement à ces changements climatiques, l’Arctique est soumise à une pollution anthropique croissante amenée par les circulations atmosphériques et océaniques, et accentuée par le développement des activités humaines locales. Dans ce contexte, il est urgent de comprendre les impacts écologiques de ces modifications environnementales sur les espèces de cette région. Les mergules nains (Alle alle) sont les oiseaux marins les plus abondants de l’Arctique, et des acteurs clés des réseaux trophiques côtiers. Bien que des travaux récents aient suggéré une forte résilience de ces organismes aux changements globaux, une étude approfondie permettant de comprendre de manière détaillée l’impact de ces changements était essentielle. Au cours de ce travail de thèse, nous avons donc utilisé une approche pluridisciplinaire (écologie alimentaire, écotoxicologie, bioénergétique, écologie du déplacement) menée à long terme afin de caractériser la sensibilité des mergules nains aux changements de leur environnement pendant la saison de reproduction (été) et en hiver. Nous avons pour cela étudié une population de mergules nains au Groenland Est. Nos résultats montrent que les mergules sont fortement impactés par les changements en cours. Pendant la période de reproduction, leurs proies changent et leur effort de plongée augmente en l’absence de banquise, même s’ils demeurent fidèles à leur zone de nourrissage sur le talus continental. Ceci tend à diminuer leur condition corporelle et celle de leur poussin, mais n’impacte pas leur survie. En hiver, les mergules nains optimisent leur migration et leur distribution en fonction de la distribution de leurs proies et de leur paysage énergétique. Ainsi, nos modèles prédictifs indiquent qu’un réchauffement de l’Atlantique nord pourrait être bénéfique pour les populations en diminuant leurs besoins énergétiques. Enfin, nous avons trouvé que les mergules nains consomment des microplastiques, et ce en les confondant avec leurs proies. Cette source de pollution supplémentaire pourrait augmenter avec la fonte de la banquise qui libère des microplastiques jusque-là stockés dans la glace. Ce travail souligne l’importance des programmes à long terme pour l’étude des impacts des changements globaux. / The Arctic is warming twice faster than the rest of the world, leading to major changes for marine ecosystems. For example, sea-ice extent is decreasing, and air mass distribution is changing, thus modifying wind and precipitation regimes. In parallel, the Arctic is subject to increasing anthropogenic pollution carried by atmospheric and oceanic circulation, and accentuated by the development of local human activities. In this context, there is an urgent need to understand the ecological impacts of these environmental modifications on the species of this region. Little auks (Alle alle) are the most abundant seabird in the Arctic, and key players of coastal food webs. Although recent works suggested a high resiliency of little auks to global changes, a comprehensive study was needed to understand in detail the impacts of these changes. Through this work, we used a multidisciplinary approach (diet ecology, ecotoxicology, bioenergetics, foraging ecology) on the long term to characterize little auk sensitivity to environmental changes during the breeding season (summer) and in winter. We therefore studied a little auk population in East Greenland. Our results show that little auks are indeed impacted by ongoing changes. During the breeding season, their prey change and their diving effort increase when there is no sea-ice, even if they remain faithful to their feeding grounds on the continental slope. This tends to decrease their body condition and that of their chick, but does not impact their survival. In winter, little auks optimize their migration and their distribution according to the distribution of their prey and their energetic landscape. Therefore, our predictive models indicate that a warming of the North Atlantic could be benefic for little auk populations, by reducing their energetic needs. Finally, we found that little auks ingest microplastics, by confusing them with their prey. This additional source of pollution could increase with sea-ice loss that release microplastics stocked in the ice. This work underlines the importance of long term monitoring programs for the study of global change impacts.

Au cours de ces deux dernières décennies, la culture du pétoncle (Argopecten purpuratus) s’est développée dans les baies côtières péruviennes. La disponibilité trophique liée au système d’upwelling est favorable à la production du pétoncle. Cependant, les côtes péruviennes sont également connues pour présenter une forte variabilité environnementale surtout en domaine océanique. Bien que les élevages du pétoncle soient vulnérables aux aléas de production (mortalité, croissance faible), la variabilité environnementale dans les baies côtières du Pérou et ses effets sur la croissance, la reproduction et survie de cette ressource socialement sensible ont été peu étudiées. La baie de Paracas au Pisco-Pérou est une zone traditionnelle de culture du pétoncle où des hauts et des bas productifs liés aux conditions environnementales ont été enregistrés au long de son histoire. Dans le but d’approfondir nos connaissances sur cette problématique, cette étude se pose sous trois approches : (1) l’observation in situ, (2) l’expérimentation en physiologie et (3) la modélisation du bilan énergétique de A. Purpuratus. Un suivi environnemental mené dans la baie de Paracas montre que la variabilité océanographique peut être importante, en particulier pendant l’été. Des variations de température de 8°C et des conditions oxiques allant de la sursaturation à l’anoxie (absence d’oxygène) dans le cours d’une journée ont été observées. L’enregistrement haute fréquence a permis de révéler une exposition chronique, sévère et prolongée de la baie de Paracas aux conditions hypoxiques. Les pétoncles cultivés sur le fond, où l’exposition à l’hypoxie était importante (47% du temps observé) ont montré une croissance et les conditions de reproduction plus faibles. Cependant, au cours de l’été, les événements hypoxiques prolongés et sévères ont touché les deux profondeurs de culture- les pétoncles cultivés en suspension comme sur le fond-, causant des pertes de poids de tissu somatique ainsi que l’arrêt de la reproduction. Durant les expériences en laboratoire, les pétoncles ont montré une importante capacité à réguler leur respiration face à la diminution de la saturation en oxygène jusqu’à 24%. De manière surprenante, nous avons trouvé que cette espèce est capable de maintenir une filtration, quoique diminuée, même à des saturations en oxygène basses (5%). Sur la base des réponses physiologiques du pétoncle face à l’hypoxie et le rendement énergétique moindre du métabolisme anaérobie par rapport au métabolisme aérobie, nous faisons l’hypothèse d’une diminution de l’ensemble du métabolisme à des saturations en oxygène en dessous de la capacité de régulation de l’espèce. Des simulations d’un modèle incluant cette restriction énergétique (sur les flux d’assimilation et de mobilisation de la réserve) en conditions d’hypoxie parviennent à reproduire avec succès les observations de terrain effectuées dans la baie de Paracas : une plus grande exposition à l’hypoxie a pour conséquence une croissance réduite et un arrêt de la reproduction. Alors que le pétoncle possède des adaptations physiologique /métaboliques pour faire face à des conditions limitantes en oxygène, la croissance et la reproduction peuvent être compromises, affectant ainsi la productivité des cultures de cette espèce (cela en fonction de la fréquence, durée et intensité de l’hypoxie). Les résultats des observations, des expériences et des simulations réalisées lors de cette étude fournissent des informations utiles pour mieux gérer la culture de pétoncle péruvien. Sur la base de ces travaux, des estimations de capacité de charge des baies, et des évaluations de zones et profondeurs favorables pour la culture de ces pétoncles pourront être réalisées. / During the past two decades, the scallop (Argopecten Purpuratus) culture developed in the Peruvian coastal bays. The trophic availability linked to the upwelling system supports the production scallop. However, the Peruvian coasts are also known to have a high environmental variability especially in oceanic domain. Although scallop farms are vulnerable to production hazards (mortality, low growth), environmental variability in coastal bays of Peru and its effects on growth, reproduction and survival of this socially sensitive resource have been poorly studied. Paracas Bay in Pisco Peru is a traditional farming area where scallop highs and lows in productivity related to environmental conditions were recorded throughout its history. In order increase our knowledge on this issue, this study arises from three approaches : (1) observation in situ, (2) experimental physiology and (3) modelling of the energy budget of A. Purpuratus. An environmental monitoring conducted in the Paracas Bay shows that the oceanographic variability can be important, especially during the summer. Temperature variations of 8°C and oxic conditions ranging from supersaturation to anoxia (absence of oxygen) in the course of a day were observed. The high frequency monitoring has revealed a chronic, severe and prolonged hypoxic condition in Paracas Bay. Scallops grown on the bottom, where exposure to hypoxia was important (47% of the observed time) showed lower growth and reproductions conditions. However, during the summer, prolonged and severe hypoxic events affected both deep culture – scallops grown in suspension and on bottom- causing weight somatic tissue losses and cessation of reproduction. During the laboratory experiments, scallops showed significant ability to regulate their oxygen uptake face to decreased oxygen saturation up to 24%. Surprisingly, we found that this species is able to maintain filtration, although diminished, even at low oxygen saturations (5%). Based on the physiological responses of the Peruvian scallops face to hypoxia and the energy performance aerobic end anaerobic metabolism ; it is hypothesized that there exist a restriction in the energy flow available for metabolism at oxygen saturations below the regulation capacity of the organism. Model simulations including this energy restriction (on assimilation and reserves mobilization fluxes) against hypoxia can reproduce successfully field observations of Paracas Bay : greater exposure to hypoxia results in a reduced growth and reproductive conditions. Although the scallop has physiological adaptations/metabolism to deal with limited oxygen conditions, growth and reproduction can be compromised, affecting culture productivity of this species (according to the frequency, duration and intensity hypoxia). The results of observations, experiments and simulations obtained during this study provide useful information to better manage of Peruvian scallop cultures (ex. Load capacity estimates in the bays, evaluations of adequate areas/depths for culture, etc.).

La dynamique d’une population résulte de la combinaison de plusieurs traits d’histoire de vie qui sont façonnés par l’histoire évolutive de cette population. L’altération d’un de ces traits par des contraintes environnementales peut donc avoir des effets sur la persistance de la population. Les ajustements individuels de certains traits phénotypiques pourraient permettre à cette population de répondre rapidement à ces contraintes sans la nécessité immédiate d’adaptations génétiques. Durant cette thèse, la variabilité de certains traits a été identifiée chez 3 espèces sentinelles des écosystèmes polaires. Ces résultats permettent de mieux comprendre les associations entre ces traits et les pressions évolutives qui en sont à l’origine, ainsi que l’importance de traits tels que la personnalité dans la part inexpliquée de la variabilité de la valeur sélective des individus. A terme, nous pourrions ainsi mieux évaluer la capacité d’adaptation des populations face aux changements globaux. / Population dynamics is driven by several life history traits shaped by the evolutionary history of the population. The alteration of one of these traits by environmental constraints may thus have effects on the population persistence. Individual adjustments of some phenotypic traits could then enable this population to rapidly respond to these constraints without the immediate necessity of genetic adaptations. During this PhD project, we identified variability in some of these traits in 3 sentinel species of polar ecosystems. These results allowed us to better understand the associations between these traits and the evolutionary pressures underlying these associations, as well as the importance of traits such as personality in the amount of variability in individuals’ fitness that remains unexplained. In the long term, we should then be able to better gauge the adaptive capacity of populations to face global changes.

La plasticité phénotypique, i.e. la capacité d’un génotype à exprimer plusieurs phénotypes en fonction des conditions environnementales, représente une source de variabilité phénotypique, et tient donc un rôle majeur dans l’évolution. Dans un environnement variable, les stratégies généralistes, capables de maintenir une valeur d’aptitude phénotypique (fitness) stable sur une plus large gamme de conditions environnementales grâce à une plus grande plasticité de traits sous-jacents, devraient être favorisées. L’analyse de normes de réaction, au laboratoire et en conditions naturelles, de traits physiologiques et de traits liés à la fitness en fonction de la température, révèle chez le parasitoïde Venturia canescens, que (i) la variabilité thermique de l’habitat détermine la forme des normes de réaction selon le compromis entre stratégies généraliste et spécialiste, (ii) les différences entre individus généralistes et spécialistes se maintiennent face à des fluctuations de la température mimant les conditions naturelles et (iii) les individus subissant une plus grande variabilité thermique dans leur habitat possèdent une capacité d’acclimatation au froid plus importante. Ces résultats montrent l’existence de deux stratégies chez V. canescens et donc une différenciation de leur niche thermique, autorisant leur coexistence en environnement hétérogène / Phenotypic plasticity, i.e. the ability of a genotype to express several phenotypes depending on environmental conditions, represents an important source of phenotypic variability and so plays a major role in evolution. In a variable environment, generalist strategies, able to maintain a stable value of fitness over a wide range of environmental conditions, thanks to a greater plasticity of underlying traits, should be favored. The analysis of reaction norms of physiological traits and traits related to fitness as a function of temperature reveals in the parasitoid Venturia canescens that (i) thermal variability of the habitat determines the shape of reaction norms, according to the trade-off between generalist and specialist strategies, (ii) differences between generalist and specialist individuals are maintained face to rapid fluctuations in temperature that mimic natural conditions and (iii) individuals experiencing greater variability in their thermal habitat have a greater capacity for cold acclimation. These results indicate the existence of two different strategies in V. canescens and therefore a thermal niche differentiation, allowing their coexistence in a heterogeneous environment

Evaluer, maintenir et restaurer les conditions écologiques des rivières nécessitent des mesures du fonctionnement de leurs écosystèmes. De par leur complexité, notre compréhension de ces systèmes est imparfaite. La prise en compte des incertitudes et variabilités liées à leur évaluation est donc indispensable à la prise de décision des gestionnaires. En analysant des données nationales (~ 1654 sites), les objectifs principaux de cette thèse étaient de (1) tester certaines hypothèses intrinsèques aux bio-indicateurs et (2) d'étudier les incertitudes de l'évaluation écologique associées à la variabilité temporelle des bio-indicateurs et à la prédiction des conditions de référence. (1) Ce travail met en évidence (i) le rôle prépondérant des facteurs environnementaux naturels dans la structuration des communautés aquatiques en comparaison des facteurs anthropiques (définis à l'échelle du bassin versant, du corridor riparien et du tronçon), (ii) les réponses contrastées des communautés aquatiques aux pressions humaines (dégradations hydro-morphologiques et de la qualité de l'eau) et (iii) plus généralement, les forts impacts des barrages et de l'altération de la qualité de l'eau sur les communautés aquatiques. (2) Une méthode Bayésienne a été développée pour estimer les incertitudes liées à la prédiction des conditions de référence d'un indice piscicole (IPR+). Les incertitudes prédictives de l'IPR+ dépendent du site considéré mais aucune tendance claire n'a été observée. Par comparaison, la variabilité temporelle de l'IPR+ est plus faible et semble augmenter avec l'intensité des perturbations anthropiques. Les résultats de ce travail confirment l'avantage d'indices multi-métriques basés sur des traits fonctionnels par rapport à ceux relatifs à la composition taxonomique. Les sensibilités différentes des macrophytes, poissons, diatomées et macro-invertébrés aux pressions humaines soulignent leur complémentarité pour l'évaluation des écosystèmes fluviaux. Néanmoins, de futures recherches sont nécessaires à une meilleure compréhension des effets d'interactions entre types de pressions et entre pressions humaines et environnement. / Sensitive biological measures of ecosystem quality are needed to assess, maintain or restore the ecological conditions of rivers. Since our understanding of these complex systems is imperfect, river management requires recognizing variability and uncertainty of bio-assessment for decision-making. Based on the analysis of national data sets (~ 1654 sites), the main goals of this work were (1) to test some of the assumptions that shape bio-indicators and (2) address the temporal variability and the uncertainty associated to prediction of reference conditions.(1) This thesis highlights (i) the predominant role of physiographic factors in shaping biological communities in comparison to human pressures (defined at catchment, riparian corridor and reach scales), (ii) the differences in the responses of biological indicators to the different types of human pressures (water quality, hydrological, morphological degradations) and (iii) more generally, the greatest biological impacts of water quality alterations and impoundments. (2) A Bayesian method was developed to estimate the uncertainty associated with reference condition predictions of a fish-based bio-indicator (IPR+). IPR+ predictive uncertainty was site-dependent but showed no clear trend related to the environmental gradient. By comparison, IPR+ temporal variability was lower and sensitive to an increase of human pressure intensity. This work confirmed the advantages of multi-metric indexes based on functional metrics in comparison to compositional metrics. The different sensitivities of macrophytes, fish, diatoms and macroinvertebrates to human pressures emphasize their complementarity in assessing river ecosystems. Nevertheless, future research is needed to better understand the effects of interactions between pressures and between pressures and the environment.

Une question fondamentale en écologie des populations est l’identification des facteurs influençant la dynamique d’une population. L’objectif principal de cette thèse est de déterminer quelles sont les réponses démographiques et populationnelles de prédateurs marins supérieurs face aux fluctuations d’abondance de leurs proies, aux variations climatiques, à la densité-dépendance tout en tenant compte de l’hétérogénéité inter et intra-individuelle (âge, expérience, sexe, qualité ou stratégie). Pour ce faire, nous nous baserons sur l’analyse de suivis à long-terme individuels et populationnels d’oiseaux marins longévifs et prédateurs apicaux phylogénétiquement très proches dans deux biomes contrastés : le labbe de McCormick Catharacta maccormicki sur l’archipel de Pointe Géologie en Antarctique et le labbe subantarctique Catharacta lonnbergi sur l’archipel des Kerguelen en milieu subantarctique. Nous tirerons parti d’estimations d’abondances de leurs proies respectives : le manchot Adélie Pygoscelis adeliae et le manchot empereur Aptenodytes forsteri en Antarctique, et le pétrel bleu Halobaena caerulea et le prion de Belcher Pachyptila belcheri à Kerguelen. Ces jeux de données offrent une opportunité unique de pouvoir déterminer et quantifier simultanément les différentes sources de variabilité dans les changements de taille de populations naturelles occupant l’un des niveaux trophiques les plus élevés des réseaux alimentaires antarctiques et subantarctiques. Nous avons mis en évidence de la variation dans plusieurs traits vitaux des deux populations influencées par les performances des individus et de l’hétérogénéité individuelle latente. Nous discutons des mécanismes par lesquels la variabilité climatique, l’abondance de proie et la densité de population peuvent affecter différentiellement les différentes classes d’âges de chaque trait vital, et les conséquences potentielles de futurs changements environnementaux. / A fundamental endeavor in population ecology is to identify the drivers of population dynamics. The main objective of this thesis is to determine what are the demographic and population responses of superior marine predators to the fluctuations of their prey abundance, to climatic variations, to density-dependence while taking into account inter and intra individual heterogeneity (age, experience, sex, quality or strategy). To do this, we analysed long-term individual and population-based monitoring of long-lived seabirds and phylogenetically close apical predators in two contrasting biomes: the south polar skua Catharacta maccormicki at Pointe Géologie archipelago, Antarctica, and the brown skua Catharacta lonnbergi on the sub-Antarctic Kerguelen Archipelago. We will use direct abundance of their respective prey: Adélie penguin Pygoscelis adeliae and emperor penguin Aptenodytes forsteri in Antarctica, and the blue petrel Halobaena caerulea and the thin-billed prion Pachyptila belcheri prion in Kerguelen islands. These datasets provide a unique opportunity to simultaneously disentangle and quantify the different sources of variability driving variation in natural populations occupying one of the highest trophic levels of the Antarctic and sub-Antarctic food webs. We found variation in several vital traits of both populations influenced by individual performance and latent individual heterogeneity. We discuss the mechanisms by which climatic variability, prey abundance, and population density can differentially affect the different age classes of each age class, and the potential consequences of future environmental changes.