Les zones humides (ZH) alluviales constituent des secteurs à forte valeur écologique etpatrimoniale. Pour comprendre et prédire l’évolution à long terme de ces zones, en particulierface aux changements globaux, il apparaît primordial de traduire les perturbationshydrologiques attendues en termes de perturbations biologiques, afin d'estimer lesconséquences potentielles de ces changements pour la biodiversité et le fonctionnement globalde ces écosystèmes. Cette thèse s’articule donc autour de deux objectifs: proposer un modèleconceptuel de fonctionnement écologique des ZH soumises à des assèchements saisonniers etestimer la vulnérabilité écologique de communautés faunistiques vivant dans ces ZH, enconsidérant conjointement les peuplements benthiques et interstitiels (principalementCrustacés).Nos résultats démontrent que la morphologie des ZH (eau relativement courante, eaustagnante, apports phréatique) et leurs modes d’assèchement (formation de mouilles isoléesou assec complet) sont essentiels dans la structuration des communautés microbiennes etd’invertébrés et dans la réponse saisonnière de la biodiversité et des processus écologiques.L’intensification probable des étiages et des assèchements augmentera l’hétérogénéité spatialeet temporelle des habitats et leur richesse spécifique mais réduira la biodiversité globale desplaines alluviales (disparition des espèces rares). Ces étiages plus sévères modifieront lesprocessus écologiques, diminuant le recyclage de la matière organique et la qualité des eauxsuperficielles. Les recherches futures devraient s’orientées vers des stratégies et des moyensefficaces pour garantir la durabilité écologique des ZH. / Alluvial wetlands offer many ecological goods and services. In order to evaluate thelong term impact of global changes, it appeared essential to translate the hydrological changesin term of biological perturbation, so as to estimate the consequences on biodiversity andecosystem functioning. This PhD thesis focuses on two points: to propose a conceptual modelof ecological functioning of the wetlands that are subjected to seasonal drying and to estimatethe ecological vulnerability of aquatic invertebrate communities of the wetlands facing theincreasing drought risk, by considering both the benthic and interstitial assemblages (with aparticular interest on Crustaceans).Our main results demonstrate that wetlands’ morphology (running water, groundwaterupwelling, stagnant water) and their drying modalities (formation of isolated pools orcomplete drying) influence both the microbial and invertebrate community structures andcontrol the seasonal responses of biodiversity and ecological processes. The potential increasein the low flow period and drying intensity may increase the spatial and temporalheterogeneity of habitats and their specific richness but may decrease the global biodiversityof floodplain (rarefaction of sensible species). Severe low flow periods may also disturb theirecological functioning, reducing the organic matter recycling and the surface waters quality.Future studies should develop efficient strategies to support the ecological durability ofwetlands.

La productivité, la décomposition et le recyclage des nutriments sont faibles dans les polygones de tourbe de l’île Bylot. La présence de la Grande oie des neiges pourrait y modifier ces paramètres, car ses fèces contiennent des nutriments facilement assimilables. Il faut cependant considérer l’abondance des mousses. Le rôle important des mousses dans la dynamique des milieux humides a été confirmé par cette étude. À court terme, elles séquestrent les nutriments ajoutés par les fèces. Les plantes broutées ont accès aux nutriments uniquement lorsque les mousses sont saturées et que les nutriments atteignent leurs racines. La décomposition et le recyclage des nutriments ne sont pas affectés. Il semble donc qu’à court terme, l’effet fertilisant de l’oie n’est visible que sur la croissance des mousses. En résultat secondaire, cette étude a démontré que la technique des marqueurs naturels est la plus appropriée pour estimer la production primaire des mousses dans les milieux humides arctiques. / Productivities, decomposition rates and nutrient turnovers are low in polygon fens of Bylot Island. The Greater snow geese population could modify these parameters since goose faeces contain nutrients that are easily uptaken. However, it is important to consider the moss carpet. This study showed that mosses play an important role on the polygon fen dynamic by sequestrating the nutrients added by goose faeces. Grazed plants were able to uptake nutrients only when the mosses are saturated and consequently, when nutrients reach their roots. The decomposition rates and the turnover of nutrients were not affected by nutrient additions. In addition, in the short-term, it seems that fertilizing effect of geese was visible only on moss growth. As a secondary result, this study showed that innate marker method is the most appropriate to estimate moss primary production in arctic wetlands.

Bien que de nombreuses incertitudes demeurent sur la rapidité, l'amplitude et la répartition géographique du changement climatique, sa réalité fait aujourd'hui consensus au sein de la communauté scientifique, et l'occurrence des sécheresses et des dégradations du couvert végétal et des zones humides dans tous les continents soulignent l'importance de ce phénomène. Les pays de l'Afrique du nord, et la Tunisie en particulier, sont parmi les régions les plus vulnérables à cause de leurs situations géographiques particulières limitées par le Sahara au sud et la mer au nord. Dans ce contexte de changement global, le suivi spatio-temporel de l'état de surface en Tunisie permettra de comprendre l'étendue, l'amplitude et le déroulement de ce phénomène dans la région. Les images satellitaires hebdomadaires de MODIS-Terra épurées des effets atmosphériques, des nuages et de leur ombre et ayant de bonnes résolutions temporelle et radiométrique sont un bon outil pour le suivi temporel de l'état de surface. Ainsi, des méthodes de classification non supervisée (ISODATA) et supervisée (Maximum de vraisemblance et Fuzzy) sont utilisées pour les classifier. Elles aboutissent à des séries temporelles traduisant l'évolution des surfaces occupées par les sols secs, les sols humides, la végétation et les plans d'eau de 2000 à 2009 ainsi qu'à la détection de leur changement. L'analyse spectrale et le filtrage numérique ont servi pour montrer que l'évolution temporelle de ces quatre classes est à la base annuelle, et qu'elle est liée à la pluviométrie. Cependant, une variabilité à grande échelle, à l'ordre de 8-9 ans, peut être mise en question à cause de sa faible puissance dans les séries temporelles de 10 ans obtenues.

Ce projet vise à améliorer l’efficacité des marais à éliminer les éléments minéraux présents dans les effluents provenant de cultures de tomates hors sol. Selon nos résultats, les ssh végétalisés de Typha latifolia et combinés avec un apport en carbone ont rendu plus efficace le traitement des effluents de cultures en serre. De plus, parmi les trois types de marais à l’étude (ssh, ssv et sh), les ssh semblent être les mieux adaptés pour traiter des effluents très chargés en éléments minéraux. Toutefois, les émissions de GES ne sont pas à négliger dans les ssh. Afin d’accroître la performance de traitement en terme de charge polluante ionique, des marais en série devraient être utilisés. Selon l’un de nos essais, le traitement des effluents par trois ssv en série a éliminé efficacement les différents minéraux en dessous de la limite permise au Québec.

Lors de l'irrigation des cultures de tomate produites en serre, une partie importante de l'eau enrichie en engrais est rejetée dans l'environnement afin de contrôler la conductivité électrique du milieu de culture et l'équilibre ionique de la solution du sol. Plusieurs contraintes limitent la réutilisation de cette eau, par exemple une surcharge de l'eau en ions sulfates (SO₄²⁻) et la présence d'agents pathogènes, comme Pythium ultimum ou Fusarium oxysporum. Les objectifs de cette recherche étaient de (1) réduire les SO₄²⁻ en présence d'ions nitrates (NO₃⁻), (2) éliminer les agents pathogènes P. ultimum et F. oxysporum présents dans l'effluent de serre, (3) évaluer l'effet suppresseur de ces eaux traitées envers la pourriture pythienne, (4) comparer la croissance de plants de tomate irrigués avec les eaux traitées par les marais, (5) comprendre l'effet de différents amendements de C dans les marais filtrants sur la diversité métabolique et phylogénétique des populations microbiennes, et finalement (6) évaluer la capacité de bioréacteurs passifs à réduire les SO₄²⁻en présence d'ions NO₃⁻ , et à éliminer les agents pathogènes P. ultimum et F. oxysporum. Nos résultats ont démontré l'importance de la quantité et de la qualité de la source exogène de carbone (C) pour réduire les ions NO₃⁻ et SO₄²⁻. Pour un enlèvement optimal de SO₄²⁻et de NO₃⁻ (99 %), l'apport de C exogène doit atteindre les seuils C :N = 3,4 et COD: SO₄²⁻= 0,36. D'autre part, les marais filtrants ont été performants (99,99 %) à réduire les agents pathogènes P. ultimum et F. oxysporum, notamment par l'adsorption de ceux-ci au biofilm formé et par la production d'enzymes extracellulaires par les microorganismes. Le traitement des effluents par les marais confère également à l'eau des propriétés suppressives envers la pourriture pythienne. La quantité et la qualité du contenu en carbone utilisé pour amender les AWs ont eu une forte incidence sur l'activité métabolique des microorganismes pour l'utilisation des sources de N, P et S. Finalement, l'utilisation de bioréacteurs passifs a montré, par une activité microbienne importante, une efficacité similaire aux marais filtrants pour réduire les ions sulfates en présence de nitrates. De plus, les bioréacteurs passifs ont été aussi performants que les marais pour éliminer les agents pathogènes étudiés. L'utilisation des marais filtrants et des bioréacteurs constitue une alternative durable pour le traitement des effluents de serre.

La conservation des mares temporaires implique la connaissance, à la fois de leur fonctionnement et de leurs dynamiques temporelles, à court et long terme. La thèse, réalisée sur une mare temporaire du plateau gréso-quartzitique de Benslimane, s'organise en trois volets. (1) Le premier concerne la relation entre le pollen de surface et la végétation hydrophytique locale, dans le but d'établir un référentiel actuel pour l'étude paléoécologique de la mare. Les résultats obtenus montrent que la zonation de la végétation de la mare est correctement reconstruite à partir des enregistrements polliniques. Trois taxons clés (Isoetes velata-type, Myriophyllum alterniflorum, Ranunculus-type) peuvent être utilisés pour reconstituer la structure végétale passée. (2) Le second volet concerne l'histoire de la mare, en associant les données de la littérature et les données paléoécologiques obtenues à partir d'un sondage. Les résultats permettent de dater l'origine de la mare entre 1 million et 700 000 ans avant aujourd'hui. Ils témoignent de la conservation de la topographie régionale, par bilan sédimentaire négatif, jusqu'à environ 5000 cal. BP. A cette époque, le changement du fonctionnement morphogénétique de la mare, probablement lié au développement des pratiques agro-pastorales, a entraîné le comblement progressif de la mare. L'intensification des activités humaines constitue à moyen terme la principale menace concernant les mares du plateau de Benslimane, et par voie de conséquence, sur la préservation du plateau lui-même, que les mares protègent de l'érosion. (3) Le dernier volet apporte enfin un éclairage sur les processus mis en jeu dans la régénération de la végétation après micro-perturbations. Les résultats montrent une restauration rapide des microsites perturbés par dispersion proximale et effet de bordure. Toutefois, la dynamique de recolonisation reste liée aux conditions hydrologiques locales / Conservation of temporary pools implies the knowledge, about both their functioning and their temporal dynamics, on the short and the long term. The thesis, dealing with a temporary pool of the limestone-quartzite Benslimane plateau, is organised in three sections. (1) The first one concerns the relationship between the surface pollen and the hydrophytic vegetation, in order to establish a modern reference for the paleoecological study of the pool. The results show that the vegetation zonation is correctly reconstructed from the pollen records. Three key taxa (Isoetes velata-type, Myriophyllum alterniflorum, Ranunculus-type) may be used for reconstructing the past vegetation structure. (2) The second section deals with the pool history, by combining data from literature and palaeoecological data obtained from a sediment profile. Results allow dating the origin of the pool between 1 million and 700,000 years before today. They attest the conserv ation of the regional topography, by negative sedimentary balance, until ca. 5000 cal. BP. Then, the change of morphogenetic functioning of the pool, probably related to the development of agro-pastoral practices, resulted in the progressive filling of the pool. In the medium term, the intensification of human activities constitutes the main threat concerning the Benslimane pools, and consequently, on the conservation of the whole plateau, protected from erosion by pools. (3) The last section finally highlights the processes implied in the regeneration of the vegetation after micro-disturbances. The results show a fast restoration of the disturbed microsites by proximal dispersal and border effect. However, the recolonisation dynamics remains dependent on local hydrological conditions.

En Afrique, la contamination des zones humides par les métaux et les pesticides va se poursuivre durablement. Pour autant, le statut toxicologique de ces milieux reste trop peu documente. Le but du présent travail est d’estimer la valeur du varan du Nil (Varanus niloticus) en tant qu’espèce sentinelle pour la contamination des zones humides continentales d’Afrique sub-Saharienne. Plomb, cadmium, et pesticides organochlorés et organophosphorés ont été quantifies, par spectrométrie d’absorption atomique et chromatographie gazeuse (respectivement), dans plusieurs tissus provenant de 71 spécimens issus de quatre sites (au Mali et au Niger) juges a priori inégalement contamines. Bien que des différences claires apparaissent, la contamination environnementale s’avère modérée sur les quatre sites, et ne semble pas constituer un risque notable pour les varans ni pour les humains qui s’en nourrissent occasionnellement. Toutefois la variabilité interindividuelle est importante. Les organotropismes des polluants détectés sont cohérents avec ceux préalablement décrits. Si l’on n’a pu mettre en évidence de différence liée au sexe en ce qui concerne les pesticides, les femelles présentaient des charges en métaux supérieures. La relation entre d’autres facteurs (taille, proportion de graisse) et les concentrations tissulaires a également été considérée. Les varans sont susceptibles de révéler des différences subtiles de contamination environnementale entre sites, et la résolution spatiale de l’outil semble très fine. La possibilité pratique d’utiliser cet indicateur se trouve donc validée. Un travail expérimental sur des varans captifs a par ailleurs été mené pour approfondir l’étude / In Africa, metal and pesticide contamination of wetlands is supposed to continue on a permanent basis. However, the ecotoxicological status of these ecosystems remains poorly documented. The aim of the present work is to assess the value of the Nile monitor (Varanus niloticus) as a sentinel species for the environmental contamination of continental wetlands in sub-Saharan Africa. Lead and cadmium on the one hand, and organochlorine and organophosphate pesticides on the other, have been quantified in several tissues by atomic absorption spectrophotometry and gas chromatography, respectively. Samples come from 71 specimens originating from four sites considered unequally contaminated (in Mali and Niger). Although clear differences appear between sites, the environmental contamination turns out to be moderate at the four sites, and does not seem to represent a significant risk neither for the monitors themselves, nor for occasional human consumers. However, the interindividual variability is important. The organotropisms relative to the detected pollutants are consistent with those described in previous studies. Concerning the pesticides, no gender effect has been found, whereas females were more contaminated by metals. The relation between other factors (size, proportion of fat) and tissue concentrations has been considered too. Nile monitors can reveal subtle differences in local pollution and the spatial resolution of this tool seems to be very sharp. Its practical relevance is thus validated. Additionally, an experimental work has been carried out on captive monitors to go into the subject in greater depth

Si, à l'échelle de la planète, les changements manifestes des modes d'usages des terres (déforestation, urbanisation ...) ont de lourdes répercussions sur l'environnement, des changements plus subtils à l'échelle locale peuvent également induire des dommages importants. Par exemple, l'évolution des paysages agricoles fragmentés en Bretagne (France) durant les 50 dernières années a provoqué une importante dégradation de la qualité des eaux. Depuis la mise en place de la Directive Cadre Européenne sur l'eau (directive 2000/60/CE), la gestion de l'eau est entrée dans une phase d'obligation de résultats à l'horizon 2015. Pour être efficace, elle nécessite de prendre en compte les changements qui se produisent à l'échelle de la haie ou de la parcelle, où l'eau acquiert ses caractéristiques physico-chimiques. Mais surtout elle exige d'adopter une vision à moyen et long terme pour s'assurer, en fonction des évolutions futures possibles, de l'efficience et des effets durables des actions en cours et futures. La construction de scénarios prospectifs des modes d'occupation des sols et des structures paysagères à une échelle très fine apparaît dès lors une démarche appropriée pour éclairer les décisions des gestionnaires de l'eau et des acteurs locaux. <br />L'objectif de ce travail est de produire une démarche méthodologique générique pour élaborer des scénarios prospectifs spatialisés. Fondée sur la méthode des scénarios en prospective, cette démarche se nourrit des apports méthodologiques utilisés en modélisation de systèmes complexes afin d'apporter une dimension spatiale aux scénarios prospectifs. Articulée avec le volet prospectif du SAGE du bassin versant du Blavet (2000 km²), cette démarche a été appliquée à trois petits sous bassins versants représentatifs de la diversité des paysages agricoles bocagers rencontrés. Elle s'organise en quatre phases. La première phase vise à construire « la base » des scénarios. La deuxième phase consiste à construire des scénarios prospectifs pertinents pour éclairer les futurs possibles du territoire étudié. La troisième phase constitue la phase de spatialisation des scénarios. Suivant le type de scénarios (exploratoire ou normatif), la méthode diffère : une plateforme de modélisation dynamique et spatialement explicite (L1) a été utilisée et optimisée dans le cas des scénarios exploratoires ; un SIG a servi pour élaborer les scénarios normatifs. Enfin, la dernière phase consiste à évaluer les scénarios prospectifs spatialisés, leurs impacts sur les ressources en eau et leurs apports pour les gestionnaires et les acteurs locaux.<br />Les scénarios exploratoires produits ont permis de quantifier et de localiser les influences possibles de la nouvelle réforme de la PAC appliquée en 2006, de l'agrandissement des exploitations agricoles sur l'évolution des modes d'usages des sols et également l'influence des changements de la structure spatiale du parcellaire sur les transferts de flux. Les scénarios normatifs ont permis d'identifier les enjeux de gestion de l'eau entre acteurs locaux et gestionnaires. Au final, la localisation de zones à risque vis-à-vis des ressources en eau et l'identification de leviers d'actions (synergies locales, maîtrise du foncier) confèrent aux scénarios prospectifs un rôle d'outil d'aide à la décision pour les gestionnaires de l'eau et les acteurs locaux.

Les ressources en eau se définissent autant par la qualité de l'eau disponible que par sa quantité, et leur évolution future, sous l'influence des pressions anthropiques (pollutions, prélèvements, etc.) ou du changement climatique, est un enjeu majeur pour les sociétés. Ce mémoire fait la synthèse des travaux que j'ai menés dans ce cadre, en commençant par ceux qui portent sur la compréhension et la modélisation du fonctionnement des hydrosystèmes dans leur composante " naturelle ", si tant est que l'on puisse l'isoler en conditions récentes. Il est question des modèles hydrologiques TOPMODEL et CLSM, des incertitudes que révèlent leur confrontation à des observations issues de sites contrastés, et à certains processus couplés à l'hydrologie, comme la dénitrification dans les zones humides, l'hydraulique des cours d'eau et leur température. Une deuxième partie présente ensuite comment je me suis appuyée sur les modèles ainsi développés et évalués pour évaluer l'impact des changement globaux sur les hydrosystèmes, en insistant sur ceux du changement climatique. J'aborde enfin les perspectives de ces travaux, ciblées sur les influences réciproques entre surfaces continentales et climat, avec une attention particulière envers les stress hydriques à l'évapotranspiration et le rôle des eaux souterraines.

Le plateau basaltique du Devès, situé dans la région du Velay, au sud du Massif Central oriental français, compte une dizaine de tourbières dont le contexte hydro-géomorphologique est original. Quatre d'entre elles ont été étudié dans ce travail : une vaste tourbière basse de maar, ainsi que trois petites tourbières basses de bassins. Les objectifs assignés à ce travail de recherche sont triples : - approfondir les connaissances écogéographiques sur les tourbières du domaine volcanique du Devès afin d'obtenir un évaluation générale de leur état de santé. - déterminer les impacts des interventions humaines sur ces sites afin de guider les opérations de gestion conservatoire actuelles et d'orienter les projets de restauration en cours. - acquérir des données paléoenvironnementales, afin d'appréhender les multiples changements qui ont rythmé l'histoire de ces tourbières et de leur environnement physique et humain ; se servir de ces données pour tenter de prévoir leur évolution à moyen terme. Au final, cette étude a permis de mieux comprendre le fonctionnement et la dynamique récente d'une tourbière de maar. Nous avons ainsi fait apparaître des dysfonctionnements sur le cas de la tourbière de Ribains et proposé une réflexion sur la gestion de ce site. Nous avons étudié les cas particuliers de trois tourbières basses du Nord Devès, inscrites dans des dépressions circulaires fermées. Ces tourbières, au contexte hydro géomorphologique original, ont révélé un fonctionnement et une dynamique très similaires. D'un point de vue paléo-environnemental nous avons dégagé dans le Devès deux périodes de mise en place des tourbières. Une première entre le Bølling et le début du Préboréal et une seconde à la charnière du Boréal et de l'Atlantique. Ces résultats renforcent les observations déjà faites dans le Massif Central oriental granitique.