L’intérêt pour la dispersion des gènes via le pollen a augmenté avec les cultures de plantes génétiquement modifiées. A ce jour, les données expérimentales ainsi que la modélisation portant sur les mouvements du pollen de colza, Brassica napus L., à l’échelle du paysage ne différencie pas clairement la part du vent et des insectes dans cette dispersion. Cependant, l’estimation de la dispersion des gènes par le pollen reste une condition nécessaire pour la gestion des risques d’échappement des (trans-)gènes vers l’environnement et les cultures conventionnelles. A travers cette thèse, nous avons pu mettre en évidence qu’une grande diversité d’insectes pollinisateurs pouvait transporter du pollen viable entre différentes plantes de colza sur des distances importantes (>1.1 km). La diversité d’insectes varie d’une région à l’autre et d’une année sur l’autre. Cependant, bien que la majorité des insectes sur une zone de grande production de colza ait du pollen de cette culture sur leur corps, seulement 39,4 % des insectes capturés sur des plantes mâle-stériles transportent du pollen de colza viable. Bien que nous n’ayons pas pu déterminer avec précision la part du vent et des insectes dans le pollinisation du colza, il semblerait que les insectes participent de façon plus importante à la pollinisation de plantes présentes en bordures de champs, augmentant ainsi le taux de pollinisation croisée. Nos résultats fournissent des données fiables pour améliorer les modèles de dispersion pollinique pour des cultures entomophiles à l’échelle du paysage. Ces modèles sont essentiels pour l’aide à la gestion afin de réduire la dispersion des gènes par le pollen des cultures génétiquement modifiées vers les plantes sauvages ou les cultures conventionnelles / Interest in pollen-borne gene dispersal has grown with the cultivation of genetically modified plants. To date both experimental data and models of oilseed rape (OSR) Brassica napus pollen movement at the landscape scale do not clearly differentiate between wind- and insect-mediated dispersal. Estimations of pollen-borne gene dispersal would be valuable for managing potential escapes of transgenes. Our study provides clear evidence that a large variety of insect species can transfer viable pollen between oilseed rape plants over considerable distances (>1.1 km). Insect’s diversity according to geographical site and years. However, the majority of pollinator have OSR pollen in their body hairs, only 39.4% of the insects caught on male-sterile flowers carried OSR pollen. Although we could not determine with precision the role of the wind and the insects in the OSR pollination, it would seem that insects take part in a more important way in pollination of plants present in edges of fields, thus increasing cross pollination rate. Our results provide valuable data to improve models of pollen dispersal for entomophilous crops at the landscape scale. These models are essential to help land-managers reduce pollen-borne gene dispersal from genetically modified plants to wild relative and field planted with non-GM crops

Chez les abeilles domestiques, les neurones à récepteurs olfactifs hébergés dans les antennes sont des neurones sensoriels primaires responsables de la détection des odeurs et des phéromones. L'information olfactive est ensuite acheminée par les nerfs antennaires jusqu'aux lobes antennaires qui constituent le premier étage d'intégration de l'information olfactive. Les abeilles butineuses sont exposées aux insecticides, notamment ceux de la classe des pyréthrinoïdes, qui sont utilisés pour la protection des plantes et la lutte contre les insectes considérés comme étant nuisibles.Nous avons caractérisé l'effet des pyréthrinoïdes sur les canaux sodiques activés par le potentiel (responsables des potentiels d'action) dans les deux premiers étages du système olfactif de l'abeille. Nos enregistrements électrophysiologiques en mode potentiel imposé dans les neurones à récepteurs olfactifs mis en culture révèlent que l'effet des pyréthrinoïdes de type I et II (notamment la tétraméthrine et la deltaméthrine) est amplifié par une intensification de l'activité électrique neuronale. Cette amplification survient notamment via le démasquage de canaux sodiques silencieux que nous avons également mis en évidence avec la toxine d'anémone de mer ATX-II. Le niveau maximal de canaux sodiques modifiés est atteint en quelques centaines de millisecondes. Dans les neurones centraux des lobes antennaires, cette amplification apparait très limitée voire absente avec les pyréthrinoïdes mais elle peut toutefois survenir en présence de l'alcaloïde végétal vératridine. Par ailleurs, dans ces neurones centraux, les pyréthrinoïdes semblent être à l’origine d’une accélération de l'inactivation lente des canaux sodiques auparavant décrite en présence de certains anesthésiques locaux. Les modifications différentielles observées dans les neurones périphériques et centraux pourraient être responsables des effets délétères des pyréthrinoïdes sur les capacités de perception, d'orientation et d'apprentissage de l'abeille domestique. / In domestic honeybees, the olfactory receptor neurons localized in the antennae are primary sensory neurons responsible for the detection of odor and pheromone compounds. The olfactory information is further conveyed to the antennal lobes by the antennal nerves. The antennal lobes are the first stage of integration of the olfactory information. Forager bees are exposed to insecticides, especially pyrethroids that are used for plant protection and eradication of pests.In the honeybee olfactory pathway, we investigated the effects of pyrethroids on the voltage-gated sodium channels (which underlie action potentials). Our patch-clamp recordings in the antennal olfactory receptor neurons maintained in cell culture reveal that the effects of type I and type II pyrethroids (e.g. tetramethrin and deltamethrin) are increased by an augmentation of neuronal electrical activity. The amplification of the effects of pyrethroids occurs as a result of the unmasking of silent sodium channels that we have also shown evidence for, with sea anemone toxin ATX-II. The maximal sodium channels modification takes place within few hundreds of milliseconds. In the central antennal lobe neurons, that amplification is rather limited or absent with pyrethroids but the plant alkaloid veratridine is able to induce such an amplification. Furthermore, in the latter cell type, pyrethroids cause an acceleration of the sodium channels slow inactivation. Such an effect has been previously reported for some local anesthetics. The differential actions of pyrethroids that we have observed in the peripheral and central neurons may be responsible for the impairment of learning performance, perception and disorientation exhibited by pyrethroid-exposed honeybees.

L’abeille mellifère (Apis mellifera) occupe une place centrale dans nos systèmes agro-alimentaires et écologiques. En plus de produire du miel, l’espèce assure un rôle crucial pour la pollinisation d’un grand nombre de cultures, améliorant les récoltes tant en qualité qu’en quantité. Depuis une vingtaine d’années, les apiculteurs constatent dans leurs colonies des taux de mortalité plus élevés que la normale. Si cette tendance s’observe sur plusieurs continents, c’est en Amérique du Nord que les apiculteurs sont le plus affectés, avec des taux de mortalité hivernale dépassant les 40 %. La perte d’habitats et des habitats inadéquats sont parmi les facteurs les plus souvent mis en cause dans les dernières études. Ce mémoire présente une analyse des différents habitats afin de mesurer les effets du paysage environnant sur la mortalité. Pour ce faire, des images satellites et des nouveaux ensembles massifs de données sur la santé des ruches au Québec ont pu être mobilisés. Ce mémoire présente un cadre méthodologique prometteur pour une analyse géographique des effets du paysage avec de grands jeux de données. Les méthodes utilisées font appel à l’analyse spatiale par système d’information géographique et à des modèles d’apprentissage automatique. Un domaine d’étude récent a émergé de la combinaison de ces techniques: l’intelligence artificielle géospatiale, ou GéoIA. Deux cas d’études furent réalisés dans ce mémoire: un premier sur l’apiculture urbaine et un second sur l’apiculture commerciale. En ville, nos principaux résultats révèlent l’importance de la végétation locale autour de la ruche, ainsi que l’effet négatif d’un paysage urbain fragmenté limitant la connectivité. En apiculture commerciale, on trouve qu'une plus grande diversité de cultures est bénéfique dans un rayon de cinq kilomètres, mais que l'effet se dissipe au fur et à mesure que la distance de mesure se réduit. On observe aussi qu’une abondance de ressources florales en milieu de saison est cruciale pour la survie de la colonie. Dans l’ensemble, la performance prédictive des modèles utilisés dans ce mémoire confirme la solidité du GéoIA comme cadre d’analyse de pointe offrant des outils puissants et généralisables pour mener des études géographiques à grande échelle. / The honeybee (Apis mellifera) plays a central role in our agri-food and ecological systems. Beyond honey production, the species plays a crucial role in pollinating a large number of crops, improving harvests in terms of both quality and quantity. Over the last twenty years or so, beekeepers have observed much higher-than-normal mortality rates in their colonies. While this trend can be observed on several continents, it is in North America that beekeepers are most affected, with winter mortality rates sometimes exceeding 40%. Habitat loss and unsuitable habitats are among the explaining factors most often suspected in recent studies. This thesis presents an analysis of different habitats to measure the effects of the surrounding landscape. To this end, satellite images and massive new datasets on beehive health in Quebec were mobilized. This thesis also presents a promising methodological framework for the geographical analysis of landscape effects with large datasets. The methods used fall within the framework of spatial analysis, geographic information systems and machine learning models. A recent field of study has emerged from the combination of these techniques: geospatial artificial intelligence, or GeoAI. Two case studies were carried out in this thesis: the first on urban beekeeping and the second on commercial beekeeping. In urban beekeeping, our main results reveal the importance of local vegetation around the hive, as well as the negative effect of a fragmented urban landscape limiting connectivity. In commercial beekeeping, we first observe that greater crop diversity is beneficial at a radius of five kilometers, but that the effect dissipates as the measuring distance is reduced. We also found that an abundance of mid-season floral resources is crucial for colony survival. More generally, the predictive performance of the models used in the presented studies confirms the strength of GeoAI as a state-of-the-art analytical framework offering powerful and generalizable tools for conducting large-scale geographical studies.

Les abeilles sont des pollinisateurs essentiels pour les cultures et les plantes sauvages, mais l'intensification des pratiques agricoles a engendré une baisse importante de leur abondance et diversité. Afin de protéger efficacement les abeilles dans les paysages agricoles, il est nécessaire d'avoir une meilleure connaissance de leurs patrons de diversité. L'objectif général de cette thèse était de déterminer les patrons spatio-temporels de la diversité des abeilles et l'utilisation des ressource fleuries dans un système agricole intensif. L'échantillonnage spatialement extensif de l'activité de butinage des abeilles sauvages et domestiques nous a permis de recenser 45040 individus (29314 abeilles domestiques et 15726 sauvages), appartenant à 192 espèces recensées à l'échelle territoriale. Cette diversité représente près de 20% de la richesse des espèces apiformes connues à l'échelle nationale. Cette communauté est caractérisée par une forte proportion d'espèces rares (28,8%) et de fortes variations temporelles et spatiales, en particulier de l'échelle locale jusqu'à 10-20 km2. L'importance des habitats semi-naturels pour soutenir les populations d'abeilles sauvages a été confirmée dans cette étude. Durant les périodes de floraison des cultures oléagineuses, les abeilles sauvages étaient étroitement associées aux habitats semi-naturels alors que les abeilles domestiques ont montré une nette préférence pour les cultures à floraison massive. La diversité des abeilles sauvages dans les habitats semi- naturels était 3-4 fois supérieure à celle observée dans le colza ou le tournesol. L'importance de certains facteurs écologiques clefs pour la diversité des abeilles, comme la richesse floristique locale et la quantité d'habitats semi-naturels dans le paysage, a été confirmée et quantifiée. Il a également été démontré que ces effets varient en fonction de la saison et de l'échelle spatiale. Ces résultats mettent en évidence les processus écologiques responsables des partons de diversité des abeilles à différentes échelles spatiales, et peuvent contribuer à optimiser la conception des mesures de conservation visant à promouvoir la diversité des abeilles dans les agrosystèmes intensifs. / Bees are essential pollinators for crops and wild plants, but theintensification of agricultural practices have contributed to a significantdecline in their abundance and diversity. To effectively protect andpromote the bee fauna in agroecosystems, a better knowledge of theirdiversity patterns is required. The over-arching objective of this thesiswas to determine the spatial and temporal patterns of bee diversity andfloral resource use in an intensive agricultural system in western France.A spatially extensive survey of foraging wild bees and honey bees returned45.040 individual records at the territorial scale (29.314 honey bees and15.726 wild bees), representing 192 species, i.e. nearly 20% of the speciesrichness reported at the national scale. The bee community wascharacterised by a large proportion of uncommon species (28.8 %) and bysignificant temporal and spatial variations of the diversity, especially atlocal scales up to 10-20 km2. The importance of semi-natural habitats forsustaining wild bee populations was highlighted in this study. Duringoleaginous crop flowering periods, wild bees were tightly associated withsemi-natural habitats while honey bees have shown a clear preference formass-flowering crops. The diversity of foraging wild bees was 3-4 timesgreater in semi-natural habitats than in oilseed rape or sunflower fields.The importance of some keystone ecological correlates of bee diversity,such as the local floral richness and the amount of semi-natural habitatsin the vicinity, has been confirmed and quantified. It was also evidencedthat their effect varies among seasons and spatial scales. These resultshighlight the ecological processes underlying bee diversity patterns atdifferent spatial scales, and further help to optimise the efficiency ofconservation measures intended to promote bee diversity in intensiveagrosystems.

Les abeilles sont des pollinisateurs essentiels pour les cultures et les plantes sauvages, mais l'intensification des pratiques agricoles a engendré une baisse importante de leur abondance et diversité. Afin de protéger efficacement les abeilles dans les paysages agricoles, il est nécessaire d'avoir une meilleure connaissance de leurs patrons de diversité. L'objectif général de cette thèse était de déterminer les patrons spatio-temporels de la diversité des abeilles et l'utilisation des ressource fleuries dans un système agricole intensif. L'échantillonnage spatialement extensif de l'activité de butinage des abeilles sauvages et domestiques nous a permis de recenser 45040 individus (29314 abeilles domestiques et 15726 sauvages), appartenant à 192 espèces recensées à l'échelle territoriale. Cette diversité représente près de 20% de la richesse des espèces apiformes connues à l'échelle nationale. Cette communauté est caractérisée par une forte proportion d'espèces rares (28,8%) et de fortes variations temporelles et spatiales, en particulier de l'échelle locale jusqu'à 10-20 km2. L'importance des habitats semi-naturels pour soutenir les populations d'abeilles sauvages a été confirmée dans cette étude. Durant les périodes de floraison des cultures oléagineuses, les abeilles sauvages étaient étroitement associées aux habitats semi-naturels alors que les abeilles domestiques ont montré une nette préférence pour les cultures à floraison massive. La diversité des abeilles sauvages dans les habitats semi- naturels était 3-4 fois supérieure à celle observée dans le colza ou le tournesol. L'importance de certains facteurs écologiques clefs pour la diversité des abeilles, comme la richesse floristique locale et la quantité d'habitats semi-naturels dans le paysage, a été confirmée et quantifiée. Il a également été démontré que ces effets varient en fonction de la saison et de l'échelle spatiale. Ces résultats mettent en évidence les processus écologiques responsables des partons de diversité des abeilles à différentes échelles spatiales, et peuvent contribuer à optimiser la conception des mesures de conservation visant à promouvoir la diversité des abeilles dans les agrosystèmes intensifs.

Les abeilles sauvages (20 000 espèces à travers le monde) participent à la pollinisation de 87,5% des espèces de plantes. Le récent déclin des abeilles sauvages en Europe met en péril la viabilité du service de pollinisation. Parmi les causes de ce déclin, la diminution des surfaces d’habitats semi-naturels (e.g. les prairies permanentes), fournissant aux abeilles sauvages des ressources floristiques diversifiées, joue un rôle particulièrement important. En parallèle de cette diminution des habitats semi-naturels qui s’est opérée depuis la seconde moitié du 20ème siècle, on observe sur la même période une forte expansion de la surface de colza en Europe. Cette culture offre une ressource abondante de nectar et de pollen pendant sa période de floraison. L’objectif de cette thèse est d’évaluer quelles sont les influences de l’organisation spatiale des habitats semi-naturels et du colza sur l’abondance des abeilles sauvages, leur diversité et le service de pollinisation en prairie permanente. Pour répondre à cet objectif, plusieurs expérimentations ont été mises en œuvre dans des prairies permanentes du Parc Naturel Régional de Lorraine, pendant et après la floraison du colza. Dans un premier temps, nous avons montré que les surfaces de colza en fleur et d’habitats semi-naturels influencent l’abondance et la richesse spécifique des abeilles en prairie permanente (effets différents en fonction de leur socialité) ainsi que la distribution intra-spécifique des tailles du corps d’Andrena cineraria. Les effets du colza s’estompent quelques semaines après la floraison du colza. Dans un second temps, nous avons trouvé que l’abondance en prairies d’Andrena cineraria (une espèce dont le pic d’émergence et le nourrissage des larves coïncident avec la floraison du colza) pendant une année N est reliée positivement à la surface occupée par le colza lors de l’année N-1. Enfin, une dernière expérimentation a été menée pour comprendre l’effet du colza sur le service de pollinisation en prairie permanente. Nos résultats montrent que l’augmentation de la surface de colza dans le paysage engendre une diminution du succès reproducteur chez Cardamine pratensis, une plante sauvage fleurissant à la même période que le colza. Ce travail de thèse souligne l’influence du colza et des habitats semi-naturels sur plusieurs niveaux trophiques (pollinisateurs, plantes sauvages) et niveaux d’organisation du vivant (communauté et population) en prairie permanente / Wild bees (20 000 species worldwide) contribute to the pollination of 87.5% of angiosperm species. The decline of wild bees in Europe jeopardizes the sustainability of the pollination service. Among the causes of this decline, the diminution of the surface of semi-natural habitats (e.g. permanent grasslands), providing diverse floristic resources, plays an important role. While the surface of semi-natural habitats has reduced since the second half of the 20th century, the surface of oilseed rape has considerably increased in Europe. Oilseed rape offers a large amount of nectar and pollen during its flowering. The main objective of this study was to evaluate the influence of the spatial organization of semi-natural habitats and oilseed rape fields on the abundance of wild bees, their diversity and the pollination service in permanent grasslands. To achieve this objective, we implemented several experiments in permanent grasslands of the “Parc Naturel Régional de Lorraine”, during and after oilseed rape flowering. Firstly, we showed that the areas covered by flowering oilseed rape fields and semi-natural habitats influence the abundance and species richness of bees in permanent grasslands (different influences according to their sociality) as well as the body size intra-specific distribution of Andrena cineraria. Effects of oilseed rape disappear few weeks after oilseed rape flowering. Secondly, we found that the abundance in grasslands of Andrena cineraria (a species whose peak activity and larval feeding coincide with oilseed rape flowering period), during year N is positively related to the area covered by oilseed rape during the year N-1. Finally, a last experiment was conducted to detect potential effects of flowering oilseed rape on the pollination service in permanent grasslands. Our results showed that increasing areas of flowering oilseed rape in the landscape lead to a reduction of the reproductive success of Cardamine pratensis, a co-flowering wild plant in permanent grasslands. This study highlights the influence of oilseed rape on several trophic levels (pollinators and wild plants) and levels of organization of life (community and population) in permanent grasslands

L’abeille domestique (Apis mellifera) est un insecte qui contribue à l’agriculture par sa pollinisation. Le taux élevé des mortalités hivernales des colonies est préoccupant depuis des décennies au Canada. Plusieurs facteurs sont impliqués, particulièrement Varroa destructor; un parasite qui se nourrit du corps gras de l’abeille. Le développement d’outils adaptés permettrait un meilleur suivi des colonies. Le projet consiste à corréler l’infestation de varroa avec les concentrations en sucres sériques et les co-infections (virales et bactériennes). Cette étude compare dans le temps six ruches fortement infestées et six ruches traitées (témoins). Un prélèvement d’hémolymphe a été effectué pour mesurer les concentrations en sucres en utilisant un glucomètre humain préalablement validé. Les concentrations en sucres (glucose et tréhalose) dans l’hémolymphe étaient significativement plus faibles (p<0.001) dans les ruches fortement infestées que les témoins en septembre. L’analyse RT-PCR multiplexe de six virus (DWV A/B, BCQV, KBV, IAPV et ABPV) a démontré que les ruches fortement infestées présentent une infection simultanée virale avec des charges plus élevées que chez les ruches témoins (p<0.05) pour la majorité des virus, sauf pour ABPV. Chez les ruches fortement parasitées, les charges virales pour DWVA et BQCV sont plus élevées en septembre qu’en juillet (p≤0.0001). Serratia marcescens a été seulement détectée dans une ruche infestée et une ruche témoin. Une exposition continue et élevée à varroa occasionne, en automne, une augmentation des charges virales et une diminution des sucres, suggérant une altération de l’immunité, du métabolisme et des réserves. Ces paramètres provoquent une faiblesse et une mortalité des colonies. / The European honeybee (Apis mellifera) contributes to the agriculture by its pollination; however, the mean overwintering loss rate of colonies over the last decades in Canada is worrisome. Varroa destructor, which feeds on the fat bodies of honeybees, is considered one of the most important causes of bee colony declines. The development of adapted diagnostic tools would improve the monitoring of honeybee health. This project aims to correlate the infestation by varroa to the hemolymph sugar concentrations (trehalose and glucose) and bacterial and viral coinfections. Six highly infested and six treated hives were compared over time. Pooled hemolymph of honeybees was collected for sugar concentration measurements using a previously validated portable glucometer. The hemolymph samples were also submitted for bacteriology. Multiplex RT-PCR analyses were performed on pooled honeybees for six viruses: Deformed wing virus A and B (DWV-A/B), Bee Queen Cell Virus (BQCV), Acute Bee Paralysis Virus (ABPV), Kashmere Bee Virus (KBV), Israeli Acute Paralysis Virus (IAPV). The results show that, in September, sugar concentrations in hemolymph were significantly lower in highly infested hives (p<0.001). Infested hives showed markedly higher viral loads (p<0.05), except for ABPV. Viral loads were significantly higher (p≤0.0001) in September than in July for DWV-A and BQCV. Serratia marcescens was only detected in one infested hive and one control. Overall, a continued and severe exposure to varroa leads to increased viral charges and decreased sugar concentrations, suggesting alterations in immunity, metabolism and reserve mobilization. All these parameters contribute to the weakening and mortality of the colonies.