Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

L'étude des données hydrologiques et biogéochimiques (fCO2, CT, nutriments et chlorophylle-a) récoltées entre Hobart et Dumont D'Urville d'octobre à mars (4 trajets en 1996/97 et 8 en 2002/03) montre que :<br />La région subantarctique (43-53°S) est un puits intense de CO2 au printemps comme en été et la variabilité interannuelle n'y semble pas significative.<br />La région située au sud de 62°S présente une forte variabilité spatio-temporelle due en grande partie à l'influence des glaces.<br />La zone ouverte de l'océan Austral (POOZ) présente la variabilité estivale interannuelle la plus importante: En février elle est presque à l'équilibre en 1997 (–0.3 mmol.m-2.j-1) et présente un puits intense en 2003 (–20.6 mmol.m-2.j-1). Une augmentation de la biomasse phytoplanctonique est à l'origine de ce puits. L'exploitation de différents paramètres révèle que l'augmentation de biomasse n'a pas pu être favorisée par une augmentation de SST, ni par un régime mélange/lumière ou par un contenu intégré d'ozone stratosphérique différents. Par contre, les processus à l'origine de cet accroissement semblent être liés à la présence d'un évènement ENSO en 2002/03 et à des apports de fer épisodiques provenant d'Australie.

Parce que les processus nuageux sont des processus complexes qui opèrent à des échelles spatiales très différentes, l'évolution de l'effet radiatif des nuages (CRE) dans un climat qui se réchauffe est incertaine. Afin de mieux comprendre l'évolution du CRE, il est utile de l'exprimer en fonction de propriétés nuageuses fondamentales et observables. Dans l'infrarouge (LW), l'altitude des nuages est une des propriétés fondamentales, ainsi que leur couverture et leur opacité. Les observations collectées par le lidar spatial CALIOP durant la dernière décennie nous ont permis d'exprimer le CRE LW en fonction de cinq propriétés nuageuses. Nous montrons que le CRE LW dépend linéairement de l'altitude des nuages. Cette linéarité permet de décomposer les variations du CRE LW en contributions dues aux cinq propriétés nuageuses. On observe ainsi que la couverture des nuages opaques a piloté les variations du CRE LW durant la dernière décennie. L'analyse de simulations climatiques suivant la même approche à l'aide d'un simulateur lidar montre que les variations du CRE LW dans le climat actuel sont pilotées par l'altitude des nuages opaques, en désaccord avec les observations. Lorsqu'on étend cette analyse aux rétroactions nuageuses LW simulées dans un climat futur, on remarque que celles-ci sont également pilotées par l'altitude des nuages opaques. Ces résultats suggèrent que les observations par lidar spatial apportent une forte contrainte observationnelle sur les rétroactions nuageuses LW, qui sont l'une des principales sources d'incertitude dans les prévisions d'évolution de la température moyenne globale dues aux activités humaines. / Because cloud processes are complex processes which operate at very different spatial scales, the evolution of the cloud radiative effect (CRE) in a warming climate is uncertain. To improve our understanding of the evolution of the CRE, it is useful to express it as a function of fundamental and observable cloud properties. In the infrared (LW), the altitude of clouds is one of the fundamental properties, together with their cover and opacity. The observations collected by the space-lidar CALIOP during the last decade allowed us to express the LW CRE using five cloud properties. We show that the LW CRE depends linearly on the cloud altitude. This linearity allows to decompose the variations of the LW CRE into contributions due to the five cloud properties. We observe that the cover of the opaque clouds drove the variations of the LW CRE during the last decade. The analysis of climate simulations performing the same approach by means of a lidar simulator shows that the variations of the LW CRE in the current climate are driven by the opaque cloud altitude, in disagreement with the observations. When we extend this analysis to the LW cloud feedback simulated in a future climate, we notice that they are also driven by the opaque cloud altitude. These results suggest that the space-lidar observations bring a strong observational constraint on the LW cloud feedbacks, which are one of the main sources of uncertainty in predicting future global average temperature evolution due to human activities.

Comprendre comment les pratiques agricoles affectent l’assemblage des communautés de plantes adventices dans les parcelles de grandes cultures annuelles est un enjeu majeur en agro-écologie. Les plantes adventices sont supposées partager certaines caractéristiques écologiques qui leur permettent de se maintenir dans les parcelles cultivées malgré les contraintes environnementales exercées par les pratiques agricoles. De plus, l'assemblage des communautés adventices est supposé dépendre d'interactions entre des processus écologiques opérant pendant une année de culture (par exemple : filtre abiotique) et à l'échelle de la succession des années de cultures (par exemple : dispersion temporelle). Les travaux présentés dans cette thèse ont pour but de tester ces deux hypothèses.Premièrement, nous avons comparé les pools d’espèces adventices aux plantes non adventices retrouvés dans les milieux ouverts et non cultivés sur la base de traits fonctionnels pour identifier les caractéristiques écologiques propres aux adventices. Les résultats montrent que les plantes adventices représentent un sous-échantillon des plantes retrouvées plus largement dans les milieux ouverts principalement filtré par les perturbations type travail du sol. Deuxièmement, j'ai proposé des dynamiques de type méta-communautés temporelles pour prédire les patrons de diversité attendus en fonction de l'influence de la dispersion temporelle et des variations temporelles des conditions environnementales sur l'assemblage des communautés. J'ai ensuite testé ces prédictions et quantifié la contribution relative des processus écologiques contemporains et passés sur l’assemblage d’une communauté. Pour ce faire, j'ai utilisé le jeu de données Biovigilance flore qui est un suivi sur une décennie des communautés de plantes adventices observées dans 1400 parcelles cultivées. Mes résultats montrent que l’assemblage d’une communauté de plantes adventices dépend d'interactions entre la dispersion temporelle et les conditions environnementales contemporaines de ladite communauté. De plus, mes travaux suggèrent que les risques d’extinctions des espèces adventices augmentent pour des niveaux de variations temporelles des conditions environnementales forts. Analyser directement la composition des banques de graines adventices me permettrait de valider cette hypothèse. Finalement, mes résultats confirment que l’assemblage des communautés adventices est largement imprévisible. Je propose donc un scénario basé sur la théorie des dynamiques de patches et du priority effect pour expliquer ce phénomène.En conclusion, les travaux présentés dans ce manuscrit nous permettent de mieux comprendre comment les pratiques agricoles interagissent avec des processus écologiques à différentes échelles spatiales et temporelles pour façonner les communautés de plantes adventices. / Understanding how farming practices affect weed community assembly in arable fields is a core challenge of agro-ecology. Weeds are supposed to share particular ecological characteristics that allow them to colonize arable fields despite environmental constrains exert by farming practices. In addition, interactions between ecological processes operating during a cropping season (eg: abiotic filtering) and at the scale of crop succession (eg: temporal dispersal) are supposed to drive weed community assembly in arable fields. These two hypotheses have been tested in my phD work.First, we compared a pool of weed species to a pool of non-weed herbaceous plants based on several functional traits to identify which functional traits and which strategies best characterized weeds. Our result brought evidences that weeds are a subset of non-weed herbaceous plant principally filtered out in arable fields by disturbances such as tillage. Second, I proposed different expected diversity patterns according to the influence of temporal dispersal and temporal variation of environmental conditions within temporal meta-community dynamics. Then I tested these predictions and quantified the respective contribution of contemporary and past ecological processes on weed community assembly. To do so, I used long term weed monitoring Biovigilance Flore dataset. Results showed that weed community assembly relies on complex interactions between temporal dispersal and contemporary environmental conditions. In addition, weed extinction risk seemed to increase for strong temporal variation of environmental conditions. However weed seed bank analyses are needed to confirm this hypothesis. Finally, my results confirmed that weed community assembly is largely unpredictable. I propose that patch dynamics and priority effects may explain this phenomenon.To conclude, the work presented here shade new lights on how farming practices interact with ecological processes across temporal and spatial scales to drive weed community assembly in arable fields.

Nous modélisons le rapport entre variation de pesanteur et déplacement vertical du sol dus à une surcharge à la surface d'un modèle de Terre à symétrie sphérique, stratifié et élastique. Les résultats théoriques sont comparés aux valeurs numériques trouvées pour diverses charges à partir des sorties de modèles globaux. Nous évaluons la résolution et la précision des variations temporelles du contenu en eau du sol estimées par la mission de gravimétrie spatiale GRACE. Celles-ci sont comparées aux prédictions des variations saisonnières de plusieurs modèles hydrologiques. En Europe, la validation des mesures GRACE par les mesures des gravimètres du reseau GGP repose sur une analyse en composantes principales et met en évidence la sécheresse de l'été 2003. Les signatures gravitationnelles cosismique et postsismique associées au séisme de Sumatra (2004) sont extraites des données GRACE. Une modélisation de l'effet cosismique montre que la réponse statique de l'océan ne peut être negligée.

L'étude de l'écologie des communautés et de la ségrégation écologique revêt une importance particulière, notamment pour ses apports en biologie évolutive mais aussi pour ses applications dans le domaine de la conservation. La présente étude s'intéresse à la ségrégation écologique des delphinidés de l'île de Mayotte (Canal de Mozambique, sud-ouest de l'océan Indien) à deux échelles : la communauté d'espèces (approche interspécifique) et les communautés d'individus (approche intra-spécifique). Autour de cette île, une communauté diversifiée de delphinidés se partage l'espace et les ressources, et ce à de très faibles échelles spatiales. Sur treize espèces observées, au moins cinq sont observées régulièrement et ont donc été étudiées : le grand dauphin de l'Indo-Pacifique (Tursiops aduncus), le dauphin à long bec (Stenella longirostris), le dauphin tacheté pantropical (Stenella attenuata), le péponocéphale (Peponocephala electra) et le dauphin de Fraser (Lagenodelphis hosei). Chez les espèces vivant en sympatrie, des mécanismes de ségrégation devraient s'observer selon les trois dimensions principales de la niche écologique : l'espace, la ressource et le temps. A l'échelle interspécifique, les analyses de l'habitat défini par les caractères physiographiques associés à chaque observation, de l'utilisation des ressources exprimée par les isotopes stables du carbone et de l'azote et des budgets d'activités montrent que les delphinidés occupent des niches écologiques distinctes. Parallèlement, certaines espèces jumelles peuvent constituer des associations poly-spécifiques, les mettant apparemment en situation de compétition pour les ressources et les habitats. Il a été montré que ces associations, notamment chez les delphinidés du genre Stenella, n'avaient pas de signification trophique, mais constituaient plutôt une stratégie de vigilance contre les prédateurs. Le dernier volet de l'étude s'intéresse à la ségrégation intra-spécifique et à la structure de population à fine échelle, notamment chez le grand dauphin de l'Indo-Pacifique, la principale espèce de delphinidé à vivre dans les eaux intérieures du lagon. La combinaison d'approches dont les échelles sont emboitées : de l'échelle évolutive populationnelle (structure génétique) à l'échelle de la vie de l'individu (domaine vital), a permis de démontrer que l'unique groupe panmictique de Mayotte se segmentait en communautés (définies par des ensembles d'individus ayant un domaine vital commun). Au moins deux communautés ont été identifiées, utilisant des domaines distincts, formant des groupes sociaux stables mais non constitués d'individus apparentés. L'ensemble de l'étude montre que la ségrégation écologique s'observe aux échelles inter- et intra-spécifiques chez les delphinidés, et que celle-ci ne peut être mis en évidence que par des approches multi-échelles et transdisciplinaires.

Cette thèse se consacre à la mise au point de techniques d’échantillonnage suivies d’analyses réalisées au laboratoire pour mettre en évidence les espèces majoritaires en air intérieur et caractériser leurs variations temporelles. Le développement analytique a été effectué pour 52 COVs et pour 16 HAPs associés à la phase particulaire de l’air. Les prélèvements des COVs ont été réalisés au moyen d’un préleveur automatique permettant d’échantillonner l’air sur des tubes extraits par désorption thermique et analysés par chromatographie gazeuse couplée à la détection FID. Pour la quantification des HAPs, le prélèvement des particules est effectué par un impacteur à cascade à trois étages permettant de fractionner l’aérosol en fonction de leur diamètre aérodynamique. Les HAPs sont quantifiés par chromatographie liquide haute performance couplée à la détection par fluorescence. Ces deux techniques ont été mises en application dans le cadre de la 1ère campagne intensive du projet MERMAID. / This work aims at developing rapid and simple air sampling techniques followed by laboratory analyses to highlight the occurrence of the main species in indoor air and to describe their temporal variations. The analytical development was focused on 52 VOCs belonging to a wide variety of chemical families to determine their concentrations. The sampling step was performed using an automatic sampler allowing the sampling of air on adsorbent tubes. These tubes were then thermally desorbed and analyzed by gas chromatography coupled to FID. Another analytical development was conducted to determine the particle bound PAHs concentrations. The sampling of particles was realized by the mean of a 3-stages cascade impactor allowing an aerosol fractionation depending on their aerodynamic diameter. Finally, quantification of PAHs was realized by liquid chromatography coupled to fluorescence detection. These two techniques were applied in a field campaign in the frame of the MERMAID program.

L’étude de l’écologie des communautés et de la ségrégation écologique revêt une importance particulière, notamment pour ses apports en biologie évolutive mais aussi pour ses applications dans le domaine de la conservation. La présente étude s’intéresse à la ségrégation écologique des delphinidés de l’île de Mayotte (Canal de Mozambique, sud-ouest de l’océan Indien) à deux échelles : la communauté d’espèces (approche interspécifique) et les communautés d’individus (approche intra-spécifique). Autour de cette île, une communauté diversifiée de delphinidés se partage l’espace et les ressources, et ce à de très faibles échelles spatiales. Sur treize espèces observées, au moins cinq sont observées régulièrement et ont donc été étudiées : le grand dauphin de l’Indo-Pacifique (Tursiops aduncus), le dauphin à long bec (Stenella longirostris), le dauphin tacheté pantropical (Stenella attenuata), le péponocéphale (Peponocephala electra) et le dauphin de Fraser (Lagenodelphis hosei). Chez les espèces vivant en sympatrie, des mécanismes de ségrégation devraient s’observer selon les trois dimensions principales de la niche écologique : l’espace, la ressource et le temps. A l’échelle interspécifique, les analyses de l’habitat défini par les caractères physiographiques associés à chaque observation, de l’utilisation des ressources exprimée par les isotopes stables du carbone et de l’azote et des budgets d’activités montrent que les delphinidés occupent des niches écologiques distinctes. Parallèlement, certaines espèces jumelles peuvent constituer des associations poly-spécifiques, les mettant apparemment en situation de compétition pour les ressources et les habitats. Il a été montré que ces associations, notamment chez les delphinidés du genre Stenella, n’avaient pas de signification trophique, mais constituaient plutôt une stratégie de vigilance contre les prédateurs. Le dernier volet de l’étude s’intéresse à la ségrégation intra-spécifique et à la structure de population à fine échelle, notamment chez le grand dauphin de l’Indo-Pacifique, la principale espèce de delphinidé à vivre dans les eaux intérieures du lagon. La combinaison d’approches dont les échelles sont emboitées : de l’échelle évolutive populationnelle (structure génétique) à l’échelle de la vie de l’individu (domaine vital), a permis de démontrer que l’unique groupe panmictique de Mayotte se segmentait en communautés (définies par des ensembles d’individus ayant un domaine vital commun). Au moins deux communautés ont été identifiées, utilisant des domaines distincts, formant des groupes sociaux stables mais non constitués d’individus apparentés. L’ensemble de l’étude montre que la ségrégation écologique s’observe aux échelles inter- et intra-spécifiques chez les delphinidés, et que celle-ci ne peut être mis en évidence que par des approches multi-échelles et transdisciplinaires. / The study of communities and ecological segregation is of primary importance, especially for its contribution to the field of evolutionary biology and its applications to conservation. The present study aims to assess ecological segregation of tropical delphinids of the island of Mayotte (Mozambique Channel, SW Indian Ocean) at two scales: interspecies and intra-species level. Around Mayotte, a diverse community of delphinids can be found within a restricted range. Thirteen species have been recorded, among which five species regularly occur: the Indo-Pacific bottlenose dolphin (Tursiops aduncus), the spinner dolphin (Stenella longirostris), the pantropical spotted dolphin (Stenella attenuata), the melon-headed whale (Peponocephala electra) and the Fraser’s dolphin (Lagenodelphis hosei). In species living in sympatry, segregation mechanisms should be observed along the three main dimensions of the ecological niche: habitat, resource and time. In inter-specific comparisons, analyses of habitat defined by physiographic variables at sighting locations, resource use expressed as carbon and nitrogen stable isotope signatures, and activity budgets revealed that each species occupies its own ecological niche. At the same time, sibling species form mixed-species associations that place them in situation of apparent competition for habitats. It has been shown that these mixed-species associations, especially among dolphins of the genus Stenella, do associate for anti-predator vigilance rather than for trophic benefits. Finally, the last approach of this study aims to investigate fine scale population structure and intra-species segregation in the Indo-Pacific bottlenose dolphin, the main delphinid occurring in the inner lagoon. The combination of approaches over temporal scales: from the genetic population structure to the community characteristics at individual life-scale (home range), showed that a single panmictic group of Indo-Pacific bottlenose dolphins was segmented into communities (defined by a common home range). At least two bottlenose dolphin communities were found, using a common home range and within which genetically unrelated individuals are preferentially associated. The whole study underlines that ecological segregation can be observed inter- and intra-specifically in delphinids, and this segregation can only be assessed by using multi-scale and multidisciplinary approaches.