La dendrochronologie a été utilisée pour reconstruire les épidémies de la tordeuse des bourgeons de l'épinette (Choristoneura fumiferana (Clem.)) dans 16 peuplements âgés de la forêt boréale du nord-ouest québécois. Épidémiques ont pu être déduites à partir de sept périodes prolongées de réduction de la croissance radiale chez Abies balsamea (L.) Mill. and Picea glauca (Moench) Voss: 1801-1813, 1823-1838, 1851-1867. L'estimation du temps de retour des épidémies était de 28-30 ans alors que la durée des épidémies était de 12-15 ans. La plus sévère épidémie observée depuis les 200 dernières années (1923-1934) a été associée aux températures élevées d'hiver, aux périodes humides prolongées et à l'abondance des Abies balsamea matures. Vingt-huit peuplements dominés par des sapins baumiers ont été échantillonnés pour déterminer l'influence de la composition du paysage et des caractéristiques locales sur la sévérité des diminutions de croissance radiale causées par la dernière épidémie de TBE dans le nord-ouest du Québec (1971-1985). Les peuplements ont été classifiés en trois groupes distincts selon que les effets de l'épidémie sur la croissance y étaient légers, modérés ou sévères, avec des diminutions de croissance moyennes de 24 %, 44 % et 61 % respectivement. Les épidémies furent plus sévères dans les peuplements où les hôtes ont été abondants et où le pourcentage des peuplements feuillus dans le paysage forestier a été plus faible. Les résultats de cette étude soulignent la nécessité de considérer le contexte spatial des peuplements pour évaluer leur vulnérabilité aux épidémies de TBE. Dans ces peuplements sensibles aux épidémies, les patrons de mortalité des sapins suite à la dernière épidémie ont été étudiés en relation avec l'abondance de feuillus dans le paysage. Le pourcentage de sapins morts diminue significativement (p<0,05) dans les peuplements à forte présence de feuillus à proximité. Alors que les gros sapins (> 20 cm) ont tous le même risque de mourir durant les épidémies, les plus petits sont dans 20% des cas moins susceptibles de mourir dans des peuplements entourés par des forêts feuillues. Les patrons temporels de mortalité des arbres varient également selon la présence de feuillus dans le paysage. Alors que la plupart des sapins ont été tués en 1984 dans les paysages contenant moins de 50% de feuillus, les peuplements entourés de plus de feuillus ont connu aussi de la mortalité mais sur une plus longue période. La variabilité des patrons de mortalité du sapin baumier qui a été observée est susceptible d'entraîner des trouées dans la forêt pouvant varier considérablement quant à leurs tailles et taux de formation, ceci pouvant avoir d'importantes implications dans les patrons de succession de la forêt suivant des épidémies de TBE. À ce sujet, quatre voies de succession potentielle sont proposées. La variation dans la réduction de la croissance radiale des sapins lors de la dernière épidémie de TBE au Nouveau-Brunswick a été examinée en relation avec l'abondance des peuplements dominés par des feuillus dans la mosaïque forestière, l'historique des pulvérisations d'insecticides ainsi que la topographie. L'abondance des peuplements feuillus dans la mosaïque forestière a expliqué 12% à 33% de la variation dans la diminution de la croissance entraînée par la TBE. Les différences dans la diminution de la croissance entre les peuplements étaient plus marquées au cours des années initiales de l'épidémie (1972-1980), particulièrement en 1976 alors que les réductions moyennes furent autour de 40% dans les peuplements composés de moins de 50% de feuillus et de 20% dans les peuplements composés de plus de 50% de feuillus. Les relations entre la variation dans la réduction de croissance entre les peuplements et la topographie ou l'historique des pulvérisations d'insecticides étaient moins constantes que celles avec l'abondance de feuillus dans la mosaïque forestière. Nos résultats laissent croire qu'augmenter l'abondance d'arbres feuillus dans le paysage forestier pourrait contribuer à réduire l'impact des épidémies de TBE sur les espèces résineuses commerciales. Le Système d'Aide à la Décision concernant la tordeuse des bourgeons de l'épinette (SAD TBE) a été utilisé pour estimer les volumes de bois qui seraient perdus suite à une autre épidémie à la Forêt d'enseignement et de recherche du Lac Duparquet dans le nord-ouest du Québec. Les pertes de sapins et d'épinettes estimées ont varié de 0 à 92000 m³ pour tous les scénarios d'épidémies modérées et de 80000 à 148 000 m³ pour des scénarios d'épidémies sévères. Dans le premier cas, les variations dans les pertes estimées pourraient refléter des différences régionales dans la sévérité de la défoliation bien que cette tendance puisse être masquée par les types de données desquelles les modèles de prédiction ont été dérivés. Par ailleurs, les pertes prédites par les scénarios d'épidémies sévères ont différé sensiblement lorsque l'effet de la présence des feuillus dans les forêts sur les patrons de défoliation a été pris en considération. Les pertes estimées étaient de 17% moins importantes quand les modèles de défoliation tenaient compte de l'abondance des feuillus dans le paysage entourant le peuplement et de 46 % quand les modèles tenaient compte à la fois de l'abondance des feuillus dans les peuplements à l'étude de même que dans ceux les entourant. Les résultats de la présente thèse ont permis d'enrichir les connaissances fondamentales concernant les épidémies de TBE, une perturbation naturelle et importante des forêts boréales et mixtes de l'est du Canada. Ces informations constituent une base de laquelle on pourrait mieux prédire les impacts des épidémies de TBE à venir et offrent des solutions de gestion pour minimiser leurs effets socio-économiques. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Tordeuse des bourgeons de l'épinette (Choristoneura fumiferana), Sapin baumier (Abies balsamea), Les impacts des épidémies d'insectes, Dendrochronologie, Biodiversité et le paysage forestier, Le Système d'Aide à la Décision concernant la tordeuse des bourgeons de l'épinette.

Thèse numérisée par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

Les dinoflagellés forment un groupe complexe de protistes avec une grande diversité de morphologies, physiologies, et cycles de vies qui leur confèrent une forte capacité d'adaptation à l'ensemble des milieux (marins et dulçaquicoles) et habitats (pélagiques et benthiques) aquatiques rendant difficile l¿étude de leur diversité et de leur écologie. L'objectif de cette thèse a été la recherche de patrons globaux de biodiversité et de structuration des communautés de dinoflagellés pélagiques marins à l'échelle planétaire. Un protocole d'échantillonnage morphogénétique, couvrant la totalité de leur spectre de taille et une partie importante de leurs variabilités spatio-temporelles, a été développé (Tara-Oceans). Divers outils d'acquisition automatique à haut débit des données ont été testés. La diversité, l'abondance relative et la distribution géographique des espèces du genre Neoceratium ont été évaluées en mer Méditerranée par FlowCAM. Une étude de la structuration de la biodiversité a été réalisée par metabarcoding de l¿ADNr 18S (fragment V9). La construction d'une base de séquences ADNr de référence (DinR2) a permis l¿assignation taxonomique des metabarcodes environnementaux. L¿approche par metabarcode révèle une diversité remarquable et insoupçonnée des pico-dinoflagellés (<5µm) et que, indépendamment de l'écosystème étudié et de la période d'échantillonnage, l¿abondance des différents ordres dépend essentiellement de la taille (pico-, nano-, micro-, et meso-plancton). La structuration des communautés de dinoflagellés de différentes fractions de tailles de la zone photique a été confrontée à certains facteurs environnementaux ouvrant des pistes de recherche prometteuses

Les pratiques artistiques, notamment depuis l'époque des Grandes Découvertes, ont été en liaison étroite avec les avancées scientifiques et technologiques. Les richesses naturelles qui s'offraient aux explorateurs furent l'origine d'une tradition des représentations naturalistes, sans cesse renouvelée par la description de nouvelles espèces animales et végétales. Or, au XXIe siècle, l'humanité est contemporaine d'une baisse sans précédent de la diversité biologique mondiale, dont elle est l'observatrice mais aussi la responsable. La biodiversité est une notion qui prend actuellement toute son importance dans un contexte d'inquiétude face aux problèmes environnementaux en éveillant des volontés écologiques, notamment dans les milieux artistiques. Cette recherche propose deux visions complémentaires : celle qui suppose que la diversité biologique porte en elle une manifestation artistique, et celle qui évoque une forme d'art dont la source est la biodiversité. L'ensemble de ces investigations est soutenu et alimenté par une pratique de plasticien naturaliste développée depuis une dizaine d'années. Des illustrations botaniques aux représentations multimédia, des descriptions zoologiques aux démarches conceptuelles de l'art écologique, des cabinets de curiosité aux créations biotechnologiques, les liens entre les pratiques passées et contemporaine sont la source d'une étude hybride, entre arts plastiques et sciences du vivant.

Pour répondre aux enjeux énergétiques et écologiques actuels, les pouvoirs publics prévoient une forte augmentation des prélèvements de bois à l'horizon 2020. Cependant, très peu d'études en milieu tempéré établissent clairement un lien entre les changements sylvicoles associés et la préservation de la biodiversité. L'enjeu de cette thèse est d'améliorer les connaissances sur lesquelles fonder des outils de conservation pertinents et favorables à la biodiversité, en adoptant les coléoptères saproxyliques comme modèle biologique. Le volume de bois mort a souvent été retenu comme un indicateur de gestion durable des forêts. Au travers d'une méta-analyse, nous avons cherché à appréhender son importance et ses limites en tant qu'indicateur de biodiversité. Nous montrons que toute augmentation du volume de bois mort est favorable à la biodiversité. Nous avons ensuite testé l'effet de la qualité de différents types de rémanents (essence, diamètre et stade de décomposition) sur la biodiversité afin d'identifier les principaux facteurs déterminant la composition des assemblages. Nos résultats montrent que les variables à l'échelle de la pièce de bois mort jouent un rôle important pour la biodiversité. Enfin, nous avons étudié la valeur écologique de zones abandonnées par la sylviculture(taillis-sous-futaie abandonnés depuis plus de 60 ans), et l'impact du raccourcissement ou de l'allongement de la durée de rotation en futaie régulière de chêne. Nous avons ainsi montré que les zones vieillies hébergent une plus grande biodiversité et que la diminution des rotations sylvicoles pourrait avoir un impact négatif. Par conséquent, la préservation des zones vieillissantes permettrait de favoriser la conservation de la biodiversité saproxylique.Cette étude est la première du genre en milieu tempéré. Malgré les résultats obtenus, de multiples questions se posent encore et de nombreux facteurs sont encore à étudier.

La surexploitation, la destruction et la dégradation d'habitats, l'invasion des espèces exotiques, et la modification du régime hydrologique des cours d'eau menacent la biodiversité et les avantages qui y sont liés un peu partout dans le monde. Dans les pays en développement, la dégradation de l'environnement est exacerbée par la pauvreté, une forte croissance démographique ainsi que certaines politiques de développement. Cela se traduit par des pertes de biodiversité particulièrement dans les bassins fluviaux comme ceux d'Afrique de l'Ouest. La nécessité de conserver les écosystèmes et les autres éléments de la biodiversité fluviale suggère une évaluation des pratiques anthropiques liées aux ouvrages structurants que sont les barrages. En effet, ces derniers modifient complètement la dynamique d'un bassin et entraînent souvent des conflits d'usage selon les modèles techniques d'aménagement adoptés. Cette étude démontre la possibilité de mieux planifier les actions de développement en s'appuyant sur un dispositif d'évaluation environnementale stratégique et l'application de méthodes d'aide multicritère à la décision dans un contexte multi acteurs. Il s'agit d'intégrer et de tenir compte des intérêts et valeurs de toutes les parties prenantes à la gestion de la biodiversité. Pour ce faire, l'étude s'appuie sur une étude de cas, celle du Programme « Kandadji » au Niger, pour simuler une approche méthodologique en trois (3) phases à savoir la structuration du problème d'évaluation, le développement du modèle d'évaluation (grille d'analyse) et l'élaboration des recommandations. Les approches PROMETHEE et GAIA qui font partie des méthodes de surclassement, l'une des trois approches multicritères, ont été privilégiées et mises en œuvre avec le logiciel D-Sight pour l'agrégation de synthèse. Le processus a permis d'identifier quatre (4) types de préoccupations correspondant à autant de catégories (reliées aux dimensions du développement durable) pour les sept (7) enjeux retenus. En outre, quatre options d'aménagement ont été identifiées puis évaluées à partir de neuf (9) critères et indicateurs de mesure. Les résultats du classement suggèrent une adhésion des seize (16) parties prenantes, à la préservation de la biodiversité sans exclure son utilisation durable dans un cadre de gouvernance participative. Ainsi, l'option de compromis est celle qui minimise les superficies emblavées permettant ainsi de réduire les répercussions sur la biodiversité. Ainsi, l'application des méthodes multicritères dans un contexte multi-acteurs et suivant une logique contributive, est pertinente pour traiter de problèmes de conservation de la biodiversité. Elle permet d'aboutir à une meilleure décision en encadrant et favorisant l'intégration du savoir social et les valeurs des acteurs par l'instauration d'un climat de transparence et de responsabilisation pour la prise de décision. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Biodiversité, bassins fluviaux, barrages, évaluation environnementale stratégique, aide multicritère à la décision.

Les mammifères sont présents sur la surface terrestre depuis au moins le crétacé et ont colonisé l’ensemble des continents et des océans. Mon travail s’attache à comprendre la nature et l’importance relative des processus qui ont pu conduire à la répartition géographique actuelle des mammifères et notamment aux similarités faunistiques entre régions du globe. En décrivant les facettes phylogénétiques et fonctionnelles de la biodiversité des mammifères, j’adopte une approche résolument intégrative, à l’interface entre la biogéographie historique et la biogéographie fonctionnelle.À partir d’un travail de revue et de synthèse, la première partie de la thèse me permet de dégager un nombre limité de grandes lignes structurelles décrivant les facettes phylogénétiques et fonctionnelles de la biodiversité. En particulier, je mets en évidence comment la variation de l’échelle phylogénétique de travail peut permettre de mettre en lumière différents processus.La seconde partie de ma thèse s’attache à utiliser cette approche pour expliquer la répartition des mammifères sur le globe. Nous montrons ainsi que les compositions faunistiques à large échelle phylogénétique (p. ex. pour les familles) semblent expliquées par l’isolement géographique des masses continentales au cours du cénozoïque alors que les compositions à fine échelle phylogénétique (p. ex. pour les espèces) sont davantage conditionnées par les affinités climatiques. Nous montrons ensuite que les régions ayant développées des faunes mammaliennes indépendantes présentent en fait des similarités fonctionnelles exceptionnelles, résultat d’une évolution convergente.Comprendre les déterminants historiques et écologiques d’une telle répartition ne représente pourtant qu’un premier pas vers leur sauvegarde face aux multiples menaces anthropiques. La dernière partie de ma thèse entreprend de montrer l’importance d’une vision intégrative combinant les facettes phylogénétiques, fonctionnelles et taxonomiques pour la conservation de l’ensemble des dimensions de la diversité mammalienne. / Mammals inhabit the Earth since at least the Cretaceous and have colonised all continents and oceans. My work aims at understanding the nature and importance of the different processes leading to current geographical distributions of mammals and in particular faunal similarities between regions of the globe. By describing the phylogenetic and functional facets of mammalian diversity, I adopt an integrative approach, at the interface between historical and functional biogeography.First, I review and synthesize most of the published multifaceted diversity metrics to propose a limited number of structural dimensions that parsimoniously describe the phylogenetic and functional structure of species assemblages. In particular, I point out how a multi-phylogenetic scale approach might improve our understanding of the mechanisms shaping diversity patterns.Second, I use this approach to understand the geographical distribution of mammals worldwide. I show that at large phylogenetic scales (e.g. families) distributions seem to be driven by geographic isolation of the regions over the course of the Cenozoic Era, while at small phylogenetic scales (e.g. species), distributions are related to climatic affinities. In addition, I show that those regions having developed independent mammalian faunas show exceptional functional similarities due to evolutionary convergences.Understanding the historical and ecological drivers of mammal biodiversity only represents the first step toward their conservation in the face of anthropic threats. The last part of my thesis shows the importance of an integrative approach using phylogenetic, functional and taxonomic facets to protect all dimensions of mammal diversity.

Depuis les années 1980, de nombreuses études ont montré l’importance des peuplements forestiers très matures et de leurs attributs constitutifs (arbres de gros diamètre, bois morts…) pour la conservation de la biodiversité forestière. Ces travaux ont permis d’initier un processus en faveur d’une meilleure reconnaissance de la fonction écologique des forêts. La plupart de ces études ne tiennent cependant pas compte de la notion d’ancienneté des forêts, i.e. de la continuité temporelle de l’état boisé. Cette notion apparaît pourtant pertinente pour expliquer la répartition de certaines espèces. Ainsi, une forêt ancienne, même rajeunie par une perturbation, pourrait jouer un rôle pour la conservation de la biodiversité tout aussi important qu’une forêt récente constituée de peuplements très matures. Cette relation a priori contrastée entre biodiversité et maturité d’une part et biodiversité et ancienneté d’autre part, soulève de nombreuses questions quant aux choix stratégiques à mettre en place pour une conservation et une gestion optimale de la biodiversité en forêts. Plus généralement, ces notions permettent de questionner l’influence relative des activités humaines passées et actuelles sur la biodiversité forestière. Afin de préciser les effets relatifs de l’ancienneté et de la maturité sur la biodiversité, une approche combinant géohistoire et sciences de l’environnement a été mise en place. Un dispositif d’étude de 70 sites, croisant des forêts anciennes ou récentes avec des peuplements peu matures ou très matures, a été développé dans les Préalpes francçaises (Vercors, Chartreuse et Bauges). Pour chacun des sites, l’ancienneté et la maturité ont été caractérisées et quatre groupes taxinomiques ont été inventoriés : flore vasculaire, coléoptères saproxyliques, collemboles et macrolichens épiphytes. Nos résultats indiquent une absence flagrante d’effet d’héritage dû aux usages passés, à la fois dans les sols et sur la biodiversité. Les espèces étaient avant tout influencées par la maturité des peuplements, notamment la diversité des bois morts pour les coléoptères saproxyliques et l’ouverture de la canopée pour la flore vasculaire. Le sol, à travers le pH et les formes d’humus, avait également un rôle structurant fort sur la flore vasculaire et les collemboles, et le climat, à travers les températures, sur les coléoptères saproxyliques. Cet effet limité de l’ancienneté, comparativement aux études antérieures, est à mettre en relation avec le contexte écologique, paysager et historique des forêts de montagne : fort taux de boisement, forte proportion de forêts anciennes, surfaces boisées peu fragmentées, usage ancien peu impactant et gestion forestière actuelle assez extensive. Nos résultats montrent ainsi que l’effet des usages anciens sur la biodiversité dépend fortement du contexte. Ils soulignent l’importance de la prise en compte des conditions environnementales locales, attributs de maturité mais aussi conditions climatiques et édaphiques, pour une compréhension plus fine des patrons de biodiversité en forêts de montagne / Since the 1980s, numerous studies had shown the importance of stand maturity, especially old-growth habitat features (very large trees, deadwood…) for forest biodiversity conservation. This work led to a better recognition of the ecological function of forests. However, most of these studies do not take account of forest continuity, i.e. the temporal continuity in forested condition. Forest continuity has been used to explain some species distribution. Therefore, ancient forests, even rejuvenated by disturbances, may be of greater conservation interest for biodiversity than recent forests composed of overmature stands. This a priori contrasting relationship between biodiversity and stand maturity on the one hand and biodiversity and forest continuity on the other hand, raises many questions about the most appropriate policy choices to conserve and manage adequately forest biodiversity. More generally, these concepts allow the questioning of the relative influence of past and present human-induced environmental changes on forest biodiversity. To clarify the relative effects of forest continuity and stand maturity on biodiversity, we developed an approach in which we combined historical ecology and environmental sciences. We established 70 sites in the French Prealps (Vercors, Chartreuse and Bauges) in which we crossed ancient or recent forests with mature or overmature stands. For each site we characterized forest continuity and stand maturity and assessed the response of four taxonomic groups: vascular plants, saproxylic beetles, springtails and epiphytic macrolichens. Results showed an obvious lack of legacy effect on both soil conditions and biodiversity. Species were above all influenced by stand maturity, especially deadwood diversity for saproxylic beetles and canopy openness for vascular plants. Soil conditions, through pH and humus forms, had also a great structuring role on vascular plants and springtails, and climatic conditions, through temperature, on saproxylic beetles. Comparatively to previous studies, this quite limited effect of forest continuity can be linked with the ecological, landscape and historical context of mountain forests: high percentage of forest cover, high proportion of ancient forests, low-fragmented wooded areas, past land use being low impacting and current extensive forest management. Overall, our results show that the effect of forest continuity on biodiversity is context dependent and underline the necessity to better account for local environmental conditions, stand maturity attributes but also climatic and edaphic conditions, to improve our understanding of biodiversity patterns in mountain forests

La biodiversité est de plus en plus modifiée par les activités humaines, ce qui a conduit à des recherches considérables sur l'effet de la biodiversité sur le fonctionnement des écosystèmes. Ces recherches ont cependant rarement inclu le stress anthropogénique qui cause la perte de biodiversité. Cette thèse analyse l'impact du stress (pesticides et métaux lourds) sur la relation entre la biodiversité et le fonctionnement des écosystèmes à la base de la chaîne alimentaire marine, avec des producteurs marins primaires (diatomées) et leurs principaux consommateurs (copépodes). Le premier résultat est que la pollution chimique altère la régularité plutôt que la richesse des espèces, avec un effet disproportionné sur le fonctionnement si un stress sélectif provoque la domination par des espèces tolérantes avec une faible contribution fonctionnelle. L'effet du stress sur le fonctionnement est prévisible sur la base d'une corrélation des traits biologiques prédisant l'abondance des espèces et des traits prédisant leur effet sur le fonctionnement. L'effet de la biodiversité sur le fonctionnement augmente sous l'effet du stress dû à une augmentation d'interactions facilitatrices entre les espèces (effet de complémentarité). L'effet du stress sur la qualité alimentaire des producteurs primaires réduit le transfert d'énergie au niveau des consommateurs, soulignant la pertinence du changement de biodiversité dans un contexte trophique. La thèse se termine par un cadre synthétique présentant les trois principaux effets (stress sélectif, stress physiologique, complémentarité) déterminant l'effet du stress sur la relation entre la biodiversité et le fonctionnement des écosystèmes. / Biodiversity is increasingly altered by human activities, which has led to considerable research on the consequences of biodiversity loss for ecosystem functioning. The anthropogenic stressors driving the ongoing biodiversity loss are however rarely included into biodiversity-ecosystem functioning experiments. The present thesis analyses the impact of anthropogenic stressors (pesticides, heavy metals) on the biodiversity-ecosystem functioning relation in marine primary producers (diatoms) and consumers (copepods). It was shown that chemical stress alters species evenness rather richness, with a disproportionate effect on functioning if stress causes dominance by tolerant species with a low functional contribution. Stress tolerance and the functional contribution were predictable based on the species’ biological traits, and the effects of stress on ecosystem functioning depended on the correlation of traits predicting species abundance and traits predicting the species’ effect on ecosystem functioning. The biodiversity effect on primary producer biomass production increased under stress due to facilitative interactions (complementarity effect). Stressor-induced biodiversity loss reduced the food quality of primary producers and impaired the energy transfer to the consumer level, highlighting the relevance of stressor-induced biodiversity changers in a trophic context. The thesis ends with a synthetic framework which puts forward the three main effects (selective stress, physiological stress, complementarity) through which anthropogenic stress affects biodiversity-ecosystem functioning relations at the basis of marine food webs.