L'approche par traits fonctionnels pour étudier les communautés végétales est de plus en plus populaire en comparaison avec l'approche taxonomique. Il devient alors important de vérifier les suppositions de base de cette approche par traits. Le but de cette étude était d'évaluer la justesse d'une de ces suppositions, soit que la variabilité entre les espèces est relativement plus importante que la variabilité à l'intérieur des espèces. En effet, pour faire le lien entre des traits qui sont mesurés au niveau des individus et des communautés végétales, nous devons utiliser les traits agrégés, qui sont une moyenne d'un trait pondérée en fonction des espèces présentes dans la communauté. Pour tester la supposition de base des traits agrégés dans un cas de borne critique inférieure de celle-ci, nous avons choisi un cadre d'étude avec de faibles gradients environnementaux, peu d'espèces d'arbres et plusieurs traits fonctionnels. Notre étude a été faite chez des jeunes arbres en forêt mature, pour réduire au maximum la variabilité interspécifique. Si la variabilité interspécifique est encore relativement la plus grande, alors la supposition de base des traits agrégés sera renforcée. Pour ce faire, nous avons vérifié l'importance relative des variabilités temporelle, environnementale, interspécifique, intraspécifique et intra-individuelle par décomposition de la variance, pour 15 traits fonctionnels. Pour la majorité des traits, la variabilité interspécifique occupe une place relativement plus importante que les autres niveaux de variabilité. Cependant, pour certains traits, les variabilités intraspécifique et environnementale ne sont pas totalement négligeables. Ainsi, dans les cas où les traits utilisés sont peu plastiques au niveau environnemental, où il y a beaucoup d'espèces, et de forts gradients environnementaux, l'utilisation des traits agrégés au niveau des communautés est raisonnable, car la variabilité interspécifique sera probablement assez grande. Par contre, dans les cas où les traits sont très plastiques, où il y a peu d'espèces, il vaut peut-être mieux calculer des traits agrégés pour chaque site, ne sachant si les variabilités intraspécifique et environnementale sont vraiment négligeables.

La perte de biodiversité due à la destruction des écosystèmes est un des défis majeurs de notre temps. Dans ce cadre, l‘identification des mécanismes régissant l’assemblage des communautés de plantes est une étape cruciale pour comprendre leur fonctionnement. L’étude des caractéristiques morpho-physiologiques des organismes qui influencent leur performance (traits fonctionnels), permet, en théorie, de comprendre et de mesurer l’amplitude des mécanismes qui déterminent la composition des communautés. L’utilisation de méthodes combinant à la fois cette approche fonctionnelle et une autre basée sur les distances phylogénétiques entre espèces connait un succès croissant. Par ailleurs, l’importance de la variabilité des traits au sein des espèces est de plus en plus mise en avant pour expliquer les interactions entre organismes ainsi qu’avec leur environnement. Bien que l’étude des mécanismes d’assemblage des communautés par l’utilisation des traits fonctionnels soit maintenant populaire en écologie, les communautés de plantes se développant sur des sols enrichis en éléments traces métalliques (ETM) restent quasiment inexplorées de ce point de vue. Dans la région du Haut-Katanga (sud-est de la République Démocratique du Congo), une anomalie géologique a produit des collines sur lesquelles des gradients naturels en cuivre et en cobalt ont sélectionné une végétation tout à fait originale. De la base au sommet de ces « collines de cuivre », les teneurs en cuivre varient de 10 à plus de 10 000 mg.kg-1 et celles en cobalt de 10 à plus de 1000 mg.kg-1 dans le sol. On observe le long de ces gradients plusieurs communautés végétales contrastées comprenant plusieurs taxa endémiques. Cependant, ces écosystèmes sont parmi les plus menacés sur la planète, l’exploitation minière du cuivre et du cobalt détruisant totalement leurs végétations. Dans cette thèse, j’étudie l’amplitude de la variation fonctionnelle dans ces communautés, les patterns de diversité fonctionnelle et phylogénétique ainsi que les covariations entre traits, sur base de plusieurs indices uni- et multivariés, le long d’un gradient d’ETM. De plus j’évalue la contribution de la variabilité intraspécifique des traits à la variation fonctionnelle des communautés ainsi que l’importance de la variation populationnelle pour comprendre la variation intraspécifique chez une espèce à large niche. Le long du gradient d’ETM, on remarque une variation de l’importance des mécanismes d’assemblage :sur les sols pauvres en ETM, une grande diversité de stratégies fonctionnelles permet la coexistence des espèces dans des conditions de compétition intense pour les ressources. Sur les sols riches en ETM, un filtre environnemental imposé par les particularités édaphiques sélectionne un sous ensemble de valeurs et des combinaisons de traits fonctionnels permettant la survie dans ces conditions. Bien que la majorité des espèces possède une niche restreinte le long du gradient d’ETM, quelques unes possèdent une large niche réalisée. Celles-ci peuvent montrer des variations importantes de valeurs de traits en réponse au gradient local d’ETM mais également des variations populationnelles. Une part de cette variation intraspécifique pourrait être d’origine génétique, la toxicité du métal représentant un filtre environnemental puissant, même à courte distance. La mise en place d’expériences de transplantation et l’étude de la diversité génétique des populations permettraient de confirmer les hypothèses soulevées par ce travail. / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Il est largement admis que la composition des communautés végétales n’est pas due au hasard et dépend des conditions environnementales. Pourtant, les mécanismes qui régissent la distribution spatiale des espèces ainsi que leur coexistence au sein de communautés demeurent mal connus. Ce travail de thèse est consacré en majeure partie à l’étude de la structuration des communautés végétales prairiales distribuées le long d’un gradient d’inondation. Dans un premier temps, l’importance relative des filtres abiotique (conditions hydrologiques) et biotique (compétition) a été étudié à l’échelle spécifique. Cette analyse a montré que la réponse écologique des espèces le long du gradient d’inondation est modelée par des phénomènes interactifs entre les conditions hydrologiques et la compétition. Il a également été démontré que la compétition est un facteur plus important dans l’établissement de la limite de distribution supérieure des espèces le long du gradient (située vers l’extrémité sèche du gradient) que dans l’établissement de leur limite inférieure. Une seconde analyse, menée à l’échelle des communautés et basée sur l’utilisation de traits fonctionnels, a révélé l’existence de deux processus déterministes (l’« habitat filtering » et la « limiting similarity ») qui contrôlent l’assemblage des communautés. De plus, la détection de ces processus a été fortement améliorée en considérant la variabilité intraspécifique des traits. Ces résultats démontrent que la variabilité intraspécifique des traits fonctionnels est un élément important à considérer dans l’étude des mécanismes qui structurent les communautés végétales. Une expérimentation a été réalisée afin d’évaluer si la variabilité intraspécifique est impliquée dans la réponse à court terme de plusieurs espèces prairiales à une modification brutale des conditions hydrologiques. Cette étude a montré que les variations intraspécifiques de traits foliaires confèrent à certaines espèces la capacité de s’acclimater à une modification du régime hydrologique. Enfin, la dernière partie de ce travail porte sur une analyse protéomique réalisée sur deux espèces de Rumex prélevées en différents points du gradient d’inondation. Les différenciations intra- et interspécifique du protéome des deux espèces se sont révélées très similaires. Ces résultats démontrent ainsi l’existence d’un lien étroit entre les processus écophysiologiques d’acclimatation aux facteurs environnementaux et les processus évolutifs de spéciation / It is well recognize that the species composition of plant communities is not random and depends on environmental conditions. However, mechanisms controlling species spatial distribution as well as species coexistence within communities remain unknown. This study investigates the structure of meadow plant communities distributed along a flooding gradient. We first quantified the relative importance of abiotic (hydrolory) and biotic (competition) filters at the species level. We demonstrated that species ecological responses along the flooding gradient are shaped by interactive effects between hydrological conditions and competition. Moreover, we demonstrated that competition is more important in constraining upper distribution limits of species (dry end of the gradient) than lower limits. A traitbased approach at the community scale revealed the existence of two niche-based processes (habitat filtering and limiting similarity) that control community assembly. However, the detection of these processes was strongly improved when intraspecific trait variation was included in the analysis. These results demonstrate that intraspecific trait variation should improve our mechanistic understanding of community assembly. An experimental study was carried out to evaluate whether intraspecific variability is involved in the short-term response of meadow species to an important change in hydrological conditions. This study demonstrated that intraspecific variations of leaf traits allow some species to acclimate to a change in hydrolory. Finally, we conducted a proteomics analysis of two Rumex species among different gradient locations. We found strong similarities between intra- and interspecific differentiations of proteomes. Our results underline the link between ecological and evolutionary processes

La problématique de ce travail concerne des cas concrets d'application de l'approche paléobiologique chez les ammonites. Une attention spéciale a été donnée à la variabilité intraspécifique et ses conséquences taxinomiques, ainsi qu'à l'étude des patterns et processus évolutifs des groupes étudiés, afin d'en tirer des généralités. Les études paléobiologiques sur des exemples très variés montrent que la variabilité et le degré de sa prise en compte par les auteurs a une influence particulière sur les conceptions taxinomiques, et par conséquent sur la biostratigraphie et sur la compréhension des mécanismes évolutifs. Les lois de Westermann semblent être prépondérantes pour expliquer la variabilité intraspécifique d'un grand nombre de groupes d'ammonites, mais elles ne sont pas la seule source de covariation et leur influence doit être relativisée face à d'autres facteurs habituellement peu pris en compte. Les facteurs de la variabilité intraspécifique reconnus concernent : (1) le dimorphisme, (2) une variabilité dipolaire dans l'application stricte de la première loi de Westermann, (3) des variation par rapport à l'énoncé général de cette loi, (4) une variabilité tripolaire, (5) des relations hétérochroniques morphologiques dépendantes ou indépendantes, (6) un facteur d'atténuation de l'ornementation, et (7) différents facteurs d'enroulement liés ou non à d'autres caractères morphologiques et ornementaux chez les ammonites hétéromorphes. / The issue of this work involves concrete case of application of the palaeobiological approach in ammonites. Special attention was given to intraspecific variability and its taxonomic consequences and the study of evolutionary processes and patterns of the groups studied, in order to draw generalizations. Paleobiological studies on a variety of examples show that the degree of variability and its consideration by the authors has a particular influence on taxonomic concepts, and consequently on the biostratigraphy and the understanding of evolutionary mechanisms. Westermann laws seem to be dominant to explain intraspecific variability of a large number of ammonites groups, but they are not the only source of covariation and their influence must be relativized against other factors usually not taken into account. Factors of intraspecific variability recognized are: (1) dimorphism, (2) a dipolar variability in the strict application of the first Westermann’s law, (3) changes compared to the general statement of the law, (4) tripolar variability, (5) heterochronic relationships morphological dependent or independent, (6) an attenuation factor of ornamentation, and (7) various coiling factors related or not to other morphological and ornamental characters in heteromorphic ammonites.

Les risques de sécheresse sévère augmentent sous l’effet du changement climatique. Mieux comprendre les stratégies adaptatives des plantes au stress hydrique est ainsi l’un des défis majeurs de la recherche écologique et agronomique. Cette thèse explore la survie à la sécheresse d’une graminée herbacée pérenne (Dactylis glomerata L.) en étudiant la variabilité intraspécifique des traits aériens et souterrains d’une quinzaine de populations natives et cultivées issues d’un gradient latitudinal allant de la Scandinavie au Maroc. Une caractérisation des populations en conditions optimales sur une année a montré une coordination phénologique des traits aériens en relation avec les limitations saisonnières de croissances liées à l’origine des populations. Le rythme de croissance au printemps et à l’automne ne discrimine pas les origines, alors que la dormance estivale des populations méditerranéennes s’oppose à la dormance hivernale des populations scandinaves. Ces résultats suggéraient l’existence d’un compromis entre survie à une déshydratation sévère (sécheresse, gel) et potentiel de croissance. Alors que ce compromis a été vérifié en été (sècheresse sévère à Montpellier) et en hiver (gel en Norvège), la survie à une déshydratation de contre-saison au printemps n’est pas corrélée au potentiel de croissance des populations. Les résultats invalident donc l’existence d’un compromis constant entre survie au stress et potentiel de croissance aérienne. Ce découplage chez le dactyle permet d’envisager la sélection artificielle, à partir de la variabilité intraspécifique existante, de variétés à la fois productives et tolérantes au stress hydrique. L’imposition d’une déshydratation édaphique sévère en pots limitant l’expansion du système racinaire a montré que les populations méditerranéennes survivent mieux que les populations tempérées ou nordiques. L’association de ces résultats avec ceux issus d’une expérimentation en longs tubes favorisant le développement potentiel des racines révèle un compromis entre les stratégies d’évitement de la déshydratation (acquisition de l’eau et maintien de la croissance) et de tolérance à la déshydratation (faible croissance et forte survie à la sécheresse) qui pourrait limiter la combinaison de stratégies adaptatives au sein d’un même phénotype. Cette thèse contribue à améliorer notre compréhension des compromis fonctionnels, peu étudiés à l’échelle intraspécifique, mais qui sous-tendent la réponse des plantes à la sécheresse. / Drought risk increases with climate change. Improving our understanding of the adaptive mechanisms of plants response to drought has thus become one of the major challenges of ecological and agronomical research. This work investigates the drought survival of a perennial herbaceous species (Dactylis glomerata L.) through the intraspecific variability of above and below ground traits expressed by fifteen native and cultivated populations originating from a large latitudinal gradient, from Scandinavia to Morocco. Population traits characterization across one year under optimal growth conditions showed phenological coordination of above ground traits associated with seasonal growth limitations according to the origins of the populations. The spring growth rhythm does not discriminate origins while the summer dormancy of Mediterranean population contrasts with the winter dormancy of Scandinavian populations. These results suggested a growth-dehydration stress survival trade-off. Although this trade-off was confirmed in summer (severe drought in Montpellier) and winter (severe frost in Norway), no correlation was found between an off-season (spring) drought stress survival and populations’ growth potential. The result invalidates the existence of a constant trade-off between stress survival and aerial growth potential. This apparent decoupling in cocksfoot could be considered to produce new cultivars with both high productivity and high drought tolerance, from existent intraspecific variability. A severe dehydration stress imposed on plants grown in short pots, limiting roots expansion, showed that Mediterranean populations survived better than temperate or Nordic populations. In association with a long tube experiment allowing full expression of roots development, this result revealed a functional trade-off between dehydration avoidance (water acquisition and growth maintenance) and dehydration tolerance (low growth and high drought survival) which could limit the combination of adaptive strategies in a single phenotype. This work contribute to improve our knowledge about functional trade-offs, few studied within species, that underpin plant response to drought stress.

Plusieurs études ont montré que la productivité des forêts et des cultures décroît sur l’ensemble de la planète en réponse au changement climatique, et que les risques de mortalité liée à la sécheresse s’accroissent. Ces mortalités massives ont été observées dans tous les écosystèmes forestiers et seraient dues à un dysfonctionnement hydraulique des plantes, causé par de l’embolie xylémiène. Le spectre interspécifique de résistance à l'embolie a été largement étudiée, mais peu d'attention a été accordée à la variabilité intra-spécifique de ce trait. C’est pourquoi, l’objectif de ce travail de thèse était d’améliorer notre compréhension de la variabilité intra-spécifique de la résistance à l’embolie chez une espèce cultivée(Helianthus annuus L.) et chez un conifère (Pinus pinaster). Nous avons déterminé la vulnérabilité à l’embolie de quatre variétés de tournesol, présentant des différences significatives de P50 (pression induisant 50% de perte de conductivité hydraulique), allant de -2.67 à -3.22 MPa. Un compromis entre sécurité hydraulique et croissance a été observé mais pas entre la sécurité hydraulique et la capacité de transport de l'eau du xylème. Seuls quelques caractères anatomiques, tels que la densité des vaisseaux et la surface du lumen, présentent une corrélation avec la résistance à l’embolie. Dans un second temps, nous avons phénotypé pour la résistance à l’embolie et la densité du bois 477 génotypes de P. pinaster, issus d’une F2 de pleins-frères correspondant à la 3ème génération consanguine obtenue par auto-fécondation d’un hybride inter-provenance “Corse × Landes. La variabilité de la P50 au sein de l’espèce était extrêmement faible (CVP=5.6%). D’autre part, nous avons mis en évidence l’absence de compromis entre sécurité hydraulique et densité du bois. La part de variance du caractère P50 expliquée par QTLs (PEV)correspondait à 23.6% de la variance phénotypique totale mais aucun QTL commun n’a pu être détecté entre P50 et densité du bois, suggérant qu’au sein de cette famille, la plus forte résistance à l’embolie de certains génotypes n’est pas liée à un bois plus dense. Une analyse multi-caractère du fonctionnement de la feuille et du xylème a été réalisée via l’étude de la dynamique saisonnière de la fluorescence du photosystème II et des traits hydrauliques de la tige, sur une famille de pleins-frères d’un hybride interprovenance “Maroc × Landes” de P. pinaster ; en réponse à une diminution du potentiel hydrique,l’efficience du photosystème II et la conductance stomatique ont tous deux diminué, induisant une décroissance rapide du taux d’assimilation. La résistance à l’embolie du xylème n’a pas montré de relation significative avec les traits foliaires. L’absence de compromis entre ces caractères permet donc d’envisager la sélection génétique de génotypes à la fois efficients et résistants. / As a consequence of current global climate change, forest and crop ecosystems are decreasing inproductivity worldwide and are under increased threat of widespread drought-induced mortality due tohydraulic failure caused by xylem embolism. The range of embolism resistance across species has been intensively studied but little attention has been paid to intraspecific variability. This thesis aimed thereforeat improving our understanding of the intraspecific variation in embolism resistance in one crop species(Helianthus annuus L.) and one conifer species (Pinus pinaster). In the first place, vulnerability to embolism was determined across four sunflower accessions with significant variations in P50 (pressure inducing 50% loss of hydraulic conductivity) ranging between -2.67 and -3.22 MPa. A trade-off between hydraulic safety and growth was observed but not between hydraulic safety and efficiency. Only few anatomical traits, such as vessel density and vessel lumen area, were found related to embolism resistance.Secondly, we phenotyped 477 P. pinaster full-sib F2 genotypes corresponding to a three-generation inbred pedigree obtained by the self-pollination of an inter “Corsica × Landes” provenance hybrid, for embolismresistance and wood density. The variability for P50 within species was remarkably low (CVP=5.6%). Wealso found a lack of trade-off between hydraulic safety and wood density. The phenotypic variance explained by QTLs (PEV) detected for P50 accounted for 23.6% of the phenotypic variation but no QTL collocated between P50 and wood density, suggesting that embolism resistant genotypes in this family are not dependent on denser wood. A multi-trait analysis of leaf and xylem functioning was performed through seasonal measurements of photosystem II fluorescence and stem hydraulic traits on a full-sib family of aninter “Morocco × Landes” provenance hybrid of P. pinaster; it revealed that with decreasing water potential, the efficiency of both photosystem II and stomatal conductance decreased which resulted in rapid decrease in assimilation rate. Xylem resistance to embolism was found having no relationship with leaf functioning traits. The absence of trade-off between these traits makes it possible to consider selection for both efficient and resistant genotypes.

Meloidogyne graminicola est un nématode à galle du genre Meloidogyne spp. (RKN) qui est prépondérant dans les rizières d’Asie du Sud-Est et qui provoque des pertes significatives chez le riz. Malgré son impact négatif sur le rendement, les moyens de control et les méthodes d’identification de cette espèce sont encore limités. Dans cette étude, nous avons évalué l'incidence et la prévalence des RKN dans les rizières du Cambodge, du Laos et du Vietnam grâce à des marqueurs moléculaires développés dans cette étude. Nous avons de plus évalué, sur une séquence de deux ans, les effets de l'Agriculture de conservation (CA) sur la présence et la dynamique des nématodes parasites des racines (RPN) du riz, en relations avec le rendement et la qualité du sol, dans un champ d’expérimentation sableux de bas fond au Cambodge. Nous avons parallèlement évalué la susceptibilité à M. graminicola de 13 plantes adventices couramment utilisées en CA, ainsi que celle de trois variétés de riz, et identifié des plantes réservoir poussant dans les rizières Cambodgiennes. Dans une autre partie, nous avons validé des marqueurs intraspécifiques pour M. graminicola et étudié sa diversité génétique en Asie du Sud-Est. Par des approches de génomique comparative nous avons discuté des relations évolutives qu’il y aurait pu potentiellement y avoir entre M. graminicola et les espèces génétiquement proches. / The rice Root-knot nematode (RKN), Meloidogyne graminicola, reduces significantly rice yield in Southeast (SE) Asia and is prevalent in rice fields in this region. Despite its negative impact on yields, suitable methods of controls and current molecular markers used for M. graminicola identification are still limited. In this study, we evaluated the current occurrence of RKN in rice fields of Cambodia, Laos and Vietnam, and identified those RKN species using molecular markers developed in this study. We then evaluated, during two years sequences, the effects of the Conservation agriculture (CA) on the occurrence and dynamics of root-parasitic nematodes (RPN) of rice, in relation with yields and soil nutrients, in a lowland-sandy field in Cambodia. Host response to M. graminicola of 13 selected cover crops commonly used in CA, of three rice cultivars as well as rice weeds as reservoirs for M. graminicola, were evaluated. Furthermore, we validated intraspecific markers for M. graminicola, studied its genetic diversity in SE Asia, and discussed the potential evolutionary relations of Meloidogyne species using comparative genomics approaches.

Face à une méconnaissance de la variabilité intraspécifique des traits fonctionnels végétaux, ce travail visait à la quantifier, comprendre le rôle des gradients environnementaux sur celle-ci, quantifier son importance relative vis-à-vis de la variabilité interspécifique et tester son impact sur le calcul d'indices de diversité fonctionnelle et un modèle de dynamique de la végétation. Suivant une stratégie d'échantillonnage stratifiée et hiérarchique, nous avons collecté des traits sur seize espèces communes d'une vallée alpine française. Nous avons montré qu'il existait une forte variabilité intraspécifique des traits. Celle-ci était plus faible que la variabilité interspécifique, mais non négligeable, elle résultait en partie d'effets environnementaux, pouvait être expliquée par les modèles d'habitat de chaque espèce et modifiait fortement le calcul des indices de diversité fonctionnelle. En conclusion la variabilité fonctionnelle intraspécifique devrait être plus souvent considérée.

Les patrons de diversité caractérisent la structure de la diversité des communautés, c'est-à-dire sa valeur, sa distribution et son changement dans l'espace et le temps. Leur étude peut amener des informations importantes sur les processus écologiques qui en sont à l'origine. Cependant de nombreuses hypothèses de travail sont faites lors de leur analyse. L'idée générale de cette thèse est qu'en remettant en cause ces hypothèses, un certain nombre de développements liés aux indices de diversité et aux modèles nuls deviennent possibles et permettent de mieux comprendre les processus écologiques à l'origine des patrons de diversité fonctionnelle ou phylogénétique. Le premier chapitre est consacré à l'étude des patrons de diversité fonctionnelle des communautés végétales alpines à de multiples échelles spatiales et organisationnelles. Le second chapitre s'intéresse aux perspectives méthodologiques amenés par les nombres de Hill. Dans le dernier chapitre, on s'intéresse aux enjeux méthodologiques d'un nouveau type de données de communautés : l'ADN environnemental. / Patterns of community diversity refers to the structure of diversity, i.e. its quantification, its distribution and its turnover in space and time. Its study is likely to shed the light on the assembly rules that determined the structure of communities. However, numerous ecological assumptions are often made when studying diversity patterns. What motivated the work was the perspective that by relaxing these assumptions, a number of developments linked to diversity indices and null models are possible and can help to understand the impact of multiple ecological processes on phylogenetic and functional diversity patterns. In a first part we studied the pattern of functional diversity of alpine plant communities as a function of spatial and organizational scales. In the second part, we studied the methodological perspectives brought by the Hill numbers. In a third part, we addressed the main methodological issues of a new type of community data: environmental DNA.

Le cadmium (Cd) est un élément toxique. Les activités humaines ont contaminé un large éventail de sols agricoles. L'exposition de l'homme au Cd se fait majoritairement par voie alimentaire, notamment à travers les aliments de base tels que les céréales. Le blé dur accumule naturellement plus de Cd dans ses grains que les autres céréales. Une fraction significative de la production française de blé dur dépasse la limite réglementaire européenne fixée pour le Cd. Il est donc nécessaire de réduire l'accumulation de Cd dans les grains de blé dur. Cette thèse portant sur l'écophysiologie de l'allocation du Cd aux grains chez le blé dur a pour ambition d'aider au développement de stratégies agronomiques visant à réduire le niveau de contamination en Cd du blé dur et de ses dérivés.Dans un premier temps, nous avons étudié la relation entre la structure de la biomasse aérienne et l'allocation de Cd aux grains. Nous avons fait l'hypothèse que la répartition de la biomasse aérienne entre pailles et grains était un facteur déterminant de l'allocation du Cd aux grains. Huit cultivars Français de blé dur - de hauteur de paille contrastée - ont été cultivés en présence de Cd. Comme prévu, le principal facteur expliquant la différence d'accumulation de Cd dans le grain était la structure de la biomasse aérienne. Les cultivars allouant une plus grande proportion de leur biomasse aérienne aux pailles - autrement dit les cultivars à longue tige - avaient tendance à accumuler moins de Cd dans leurs grains, car les tiges et les feuilles sont des puits de Cd en concurrence avec les grains lors de leur remplissage.Les minéraux importés dans les grains proviennent soit de leur absorption directe par la racine après l'anthèse, soit de leur remobilisation depuis des réserves constituées avant l'anthèse. La deuxième partie de ce travail a été consacrée à déterminer l'importance quantitative de ces deux « sources » pour le Cd chez le blé dur, et de préciser comment leur contribution relative varie entre cultivars et avec le niveau d'azote (N). Le traçage isotopique a été utilisé pour suivre le flux de Cd absorbé après l'anthèse. L'impact du niveau d'azote a été testé en privant la moitié des plantes de N après l'anthèse, sur deux cultivars montrant une capacité contrastée à accumuler le Cd dans leurs grains. La contribution de la remobilisation a été estimé à 50%, ce qui signifie que la moitié du Cd accumulé dans les grains provenait du Cd prélevé après l'anthèse. Le Cd a été remobilisé à partir des tiges, peut-être des racines, mais pas à partir des feuilles. La contribution de la remobilisation n'a pas varié entre les deux cultivars, de sorte qu'aucune relation entre la « source » de Cd et son niveau d'accumulation dans le grain n'a été mise en évidence. La privation d'azote en phase de remplissage a stimulé la remobilisation de N sans affecter celle de Cd, ce qui suggère que la remobilisation de Cd est un processus indépendant de la sénescence.En troisième lieu, nous avons examiné comment les caractéristiques d'allocation de Cd aux grains étaient modulées par le niveau d'exposition au Cd. [...]Enfin, nous nous sommes intéressés à la localisation de Cd dans le grain. [...] Ce travail a fourni la première carte de localisation de Cd dans un grain de blé dur. La distribution de Cd s'est caractérisée par une forte accumulation de Cd dans le sillon et par une dissémination dans l'endosperme amylacé plus prononcée que celle de Fe et Zn. / Cadmium (Cd) is a toxic element. Human activities have contaminated a wide range of agricultural soils. Most of Cd entering human bodies is through the dietary intake, and especially through staple food like cereals. Durum wheat naturally accumulates more Cd in its grains than other cereals. A significant fraction of the French durum wheat production has been found to exceed the European regulatory limit set for Cd. There is thus a need to reduce the accumulation of Cd in durum wheat grains. This thesis is dedicated to a better understanding of the ecophysiology of Cd allocation to the grains in durum wheat, with the ambition of helping to find agronomic strategies to reduce the Cd contamination level of durum wheat products.In first, we investigated the relationship between the aboveground partitioning of Cd and the shoot allometry. We hypothesized that the partitioning of shoot biomass between grains and straws is a driver of the allocation of Cd to the grains. Eight French durum wheat cultivars differing in their stem height were grown in presence of Cd. As expected, the main factor explaining the difference in their grain Cd was the shoot biomass partitioning. Cultivars allocating a higher proportion of their aerial biomass to the straws, i.e. long-stem cultivars, tended to accumulate less Cd in their grains because stems and leaves are sinks for Cd in competition with developing grains.Minerals imported into cereal grains originate from either direct post-anthesis root uptake or from the remobilization of pre-anthesis stores. The second part of this work was dedicated to determine the quantitative importance of these two pathways for Cd in durum wheat, and how their relative contribution vary between cultivars and with the level of nitrogen (N) supply. Stable isotopic labelling was used to trace the flux of Cd taken up post-anthesis. The impact of N supply was tested by depriving half of the plants of N after anthesis, in two cultivars showing a contrasted ability to accumulate Cd in their grains. The contribution of Cd remobilization was around 50%, which means that half of Cd in grains originated from Cd taken up pre-anthesis. Cd was remobilized from stems, possibly from roots, but not from leaves. The contribution of remobilization did not vary between the two cultivars so that no relationship between the pathway and the level of accumulation of Cd in grain was evidenced. Post-anthesis N deprivation triggered the remobilization of N without affecting that of Cd, which suggests that Cd remobilization is a senescent-independent process.In third, we investigated how the characteristics of Cd allocation to the grains was affected by the level of Cd exposure. [...]In last, we focused on how Cd was distributed within durum wheat grains. [...] This work provided the first map of Cd localization in durum wheat grains. Cd distribution was characterized by a strong accumulation of Cd in the crease and by a non-negligible dissemination in the starchy endosperm, as compared to Fe and Zn.