The study was designed to assess L. multiflorum subsp. multiflorum, L. multiflorum subsp. italicum and L. x hybridum species and varieties of different ploidy from the agro-biological and breeding viewpoint under Lithuania’s conditions. It has been established that morpho–anatomical assessment and DNA electrophoregram analysis are suitable for the identification of L. multiflorum subsp. multiflorum. It is the first time in Lithuania we have done comparative research on genetic collections of short-lived ryegrass species (L. multiflorum subsp. multiflorum, L. multiflorum subsp. italicum and L. x hybridum) agro-morphological traits, biological characteristics and feeding value. Dry matter yield stability of L. multiflorum subsp. multiflorum varieties has been established in different agro-climatic conditions according to the “genotype x environment” model. Comparison and assessment of L. multiflorum subsp. multiflorum cultivation possibilities in mixtures with legumes (Vicia sativa, Trifolium resupinatum) in conventional and organic production systems have been done. / Tyrimo tikslas buvo įvertinti L. multiflorum subsp. multiflorum, L. multiflorum subsp. italicum ir L. x hybridum rūšis bei skirtingo ploidiškumo veisles agrobiologiniu ir selekciniu požiūriu Lietuvos sąlygomis. Nustatyta, kad anatominė–morfologinė ir DNR elektroforegramų analizės tinka identifikuoti L. multiflorum subsp. multiflorum. Pirmą kartą Lietuvoje atlikti trumpaamžių svidrių rūšių (L. multiflorum subsp. multiflorum, L. multiflorum subsp. italicum ir L. x hybridum) genetinių kolekcijų palyginamieji agromorfologinių požymių, biologinių savybių ir pašarinės vertės tyrimai. Nustatytas L. multiflorum subsp. multiflorum veislių SM derliaus stabilumas skirtingose agroklimatinėse sąlygose pagal modelį „genotipas – aplinka“. Palygintos ir įvertintos L. multiflorum subsp. multiflorum auginimo galimybės mišiniuose su pupiniais augalais tradicinėje ir ekologinėje žemdirbystės sistemose.

The aim of this thesis was to identify factors that contribute to invasiveness of species in the genus Impatiens. This genus is horticulturally attractive and includes several species that are known to have naturalized outside their native ranges, while others did not escape, in spite of being frequently cultivated. When looking for traits associated with invasiveness, it is useful to focus on congeneric species. Their traits and dispersal modes are less influenced by phylogeny, than when comparing unrelated species or even complete floras. This helps to account for traits that favour invasive species over native ones and thus identify potential invaders more precisely. A superior invader performance is attributed to a competitive advantage over native species that can lead in extreme case to competitive exclusion of the latter. Invasive and native species com- pete only if their niches overlap and the strength of competition depends on niche similarity. Importantly, invasive species are considered to be able to maintain their high competitiveness over a wide range of environmental conditions, while native ones often have narrower environ- mental optima. Lastly, competitive outcome can vary over life stages and depends on the degree of species dominance, which is rarely taken into account. Spread and...

Les lisières forestières constituent un enjeu pour la gestion des territoires, par la biodiversité qu’elles abritent, les processus écologiques qu’elles régulent et les services environnementaux qu’elles rendent à l’agriculture et à la foresterie. C’est pourquoi il est nécessaire de connaitre et quantifier précisément leurs influences sur la végétation pour proposer des mesures de gestion adaptées à la variabilité des situations de lisière. En référence aux hypothèses de la littérature, ce travail vise à comprendre comment varie la répartition des communautés végétales forestières en réponse à la diversité des types de lisières, dans un paysage agriforestier. Les espèces vasculaires de la strate basse de la végétation forestière ont été recensées le long de 28 transects, représentatifs de sept types de lisières des coteaux de Gascogne. Ces transects, perpendiculaires à la bordure et dirigés vers l’intérieur du bois, comportent 20 quadrats contigus de 2 m × 2 m. J’ai cherché à mesurer la profondeur d’influence des effets de lisières sur la végétation par la méthode de régression à deux phases. Face à l’hétérogénéité observée, j’ai caractérisé les patrons de distribution des communautés végétales par cinq modèles continus pour les comparer. Les lisières structurent la répartition des communautés végétales suivant un gradient, de la bordure vers l’intérieur du bois, mais les patrons sont plus variables qu’attendus et remettent en cause la généricité du modèle théorique à deux phases largement admis dans la littérature. Néanmoins, un patron de distribution de la végétation commun à l’ensemble des lisières a été identifié au moyen de la méthode STATIS d’analyse à k-tableaux. L’analyse des effets de lisière sur un sous-échantillon d’espèces a été affinée par la prise en compte des caractéristiques biologiques et écologiques des espèces d’une part, et des variables environnementales, à différentes échelles spatio-temporelles d’autre part. Les traits biologiques et écologiques des espèces répondent davantage à l’âge et l’histoire des lisières qu’à la distance à la bordure. La hiérarchie des facteurs environnementaux, paysagers et historiques confirment le rôle prépondérant de la qualité locale de l’habitat dans la structure des communautés. La variabilité temporelle des effets de lisière a été abordée par un suivi horaire des variations microclimatiques au cours d’une année. Les faibles écarts microclimatiques entre la lisière et l’intérieur du bois au cours des saisons suggèrent un rôle faible du microclimat sur la structure des assemblages d’espèces. Enfin, la variabilité spatiale des lisières dans un paysage de large étendue a été évaluée par la mise au point d’une méthode originale afin de caractériser et cartographier la diversité des segments de lisières. Les résultats remettent en cause les modèles théoriques antérieurs et ouvrent des perspectives pour une meilleure compréhension des principes d’organisation des communautés végétales en lisières de forêt. La complexité des patrons de réponse aux effets de lisière justifie de porter une attention plus soutenue à la diversité des lisières dans la perspective de mieux les gérer. / Forest edges are a challenge for land management. They contain high biodiversity, regulate ecological processes and provide environmental services to agriculture and forestry. Therefore, it is necessary to evaluate and quantify precisely edge influence on vegetation to propose management measures adapted to edge diversity. Referring to the literature asusmptions, this paper focuses on understanding the variation in the distribution patterns of forest plant communities in response to contrasted edge types in rural landscape. All vascular plant species of the understorey forest vegetation have been identified along 28 transects, pertaining to seven edge types of “coteaux de Gascogne”. Transects were perpendicular to the forest border and included 20 contiguous quadrats of 2 m × 2 m, towards forest interior. I tried to measure the depth of edge influence on vegetation using the two-phase linear regression method. Facing to high heterogeneity, I characterized the distribution patterns of plant communities by five continuous models for comparison. Edge effect structure the distribution of plant communities along a gradient from the border toward the forest interior. Response patterns to edge influence were more variable than expected and challenge the hypothetical response model pattern widely accepted in the literature. However, a common pattern of vegetation for all transects was identified using the k-tables STATIS method. Analysis of edge effects on a sub-sample of species was refined using on the one hand biological and ecological species traits and environmental variables at different spatio-temporal scales, on the other. The functional response of plant species better suited to the age and history of the edges than the distance from the border. Nevertheless, the hierarchy of environmental, landscape and historical context confirm the role of habitat quality on distribution patterns of forest vegetation. Temporal variability of edge effects has been addressed by monitoring hourly microclimatic variations over one year. The small differences in microclimate between edge and forest interior over seasons suggest a weak role of microclimate on the structure of plant species assemblages. Finally, the spatial variability of edges at the landscape level has been evaluated. An original method, Cartolis, has been developed to characterize and map the diversity of forest edge segments. Our results, calling into question the earlier theoretical models, provide opportunities for a better understanding of plant distribution patterns in forest edges. The complexity of responses obtained warrants to bring more attention to edge diversity for better management and conservation of plant species.

L’apport de sédiments fins au cours d’eau est un phénomène naturel mais qui sous les effets de l’anthropisation peut devenir excessif et conduire à perturber le fonctionnement de l’hydrosystème. Cet apport excessif provoque le colmatage du lit des rivières et peut perturber les échanges hydriques, les processus biogéochimiques et les communautés d’invertébrés benthiques et hyporhéiques. D’un point de vue méthodologique, la mesure de la conductivité hydraulique dans le substrat permet d’obtenir une image du niveau de colmatage de la zone hyporhéique et le pompage Bou Rouch permet d’étudier qualitativement la faune hyporhéique. D’un point de vue biologique, les effets du colmatage sont un peu plus importants pour l’hyporhéos que pour le benthos notamment au niveau de la richesse taxonomique, des assemblages faunistiques et des traits biologiques / Fine sediment input to the streambeds is a natural phenomenon but in addition to the effects of human impacts may become excessive and lead to disruption of the functioning of the hydrosystem. This excessive intake causes the clogging of river beds and can disrupt water exchange, biogeochemical processes and benthic and hyporheic invertebrate communities. From a methodological point of view, measurement of hydraulic conductivity in the substratum provides a realistic picture of the clogging level of the hyporheic zone and the Bou Rouch pump a good sampling for a qualitative study of the hyporheic fauna. From a biological point of view, the clogging effects on the hyporheos are higher compared to the benthos regarding taxonomic richness, changes in faunal assemblages and biological traits

Invasive exotic species threaten the biodiversity and function of native ecosystems. Existing models, attempting to predict and control successful invaders, often emphasize isolated stages of in their life history and fail to formalize interactions between exotic species and recipient environments. In order to elucidate key mechanisms in the success of select invaders, I investigated the role of dispersal, establishment, proliferation, and persistence in their threat to natural areas. Focusing on Riding Mountain National Park, Manitoba, Canada, I integrated the native climatic range and biological traits of 251 exotic vascular plants reported inside and outside the park. Based on their climatic range in Europe, 155 among 174 exotic plant species absent from the Park were predicted to establish within its boundaries; among these, 40 clonal perennials were considered the highest threat to the Park’s biodiversity. Focusing on smooth brome (Bromus inermis Leyss.), a Eurasian perennial, threatening the structure and function of native prairies throughout the Great Plains, I extended my research to investigate the role of dispersal, establishment, proliferation, and persistence in characterizing its threat to the endemic diversity of northern fescue prairies, protected within Riding Mountain National Park. Patterns of smooth brome invasions were contingent on the type of propagules dispersed. The shallow dispersal gradient of individual florets combined with the steeper gradient of panicles and spikelets suggested that smooth brome is capable of simultaneously invading along dense fronts as well as by establishing isolated foci. While low correlations between the number of dispersed seeds and their recruitment suggested post-dispersal transport, seedling establishment remained contingent on prairie diversity. Seedling biomass increased with declining plant diversity, however, its impact depended on the availability of soil nitrogen. As a result, disturbed areas, preserving the root function of native plants, resisted smooth brome establishment. Even though low nitrogen contributed to a decline in seedling biomass, physiological integration between ramets facilitated their vegetative proliferation in low resource environments. Despite its rapid establishment and proliferation, smooth brome productivity declined at the center of invading clones. Although field and greenhouse observations failed to implicate soilborne pathogens, reasons for the observed decline remain unresolved. My research demonstrates that while Riding Mountain National Park and other natural areas in western Canada will continue to be impacted by exotic plants, integrating key stages in their life history provides an important conceptual framework in predicting their threat to natural areas and prioritizing management. / October 2008

Invasive exotic species threaten the biodiversity and function of native ecosystems. Existing models, attempting to predict and control successful invaders, often emphasize isolated stages of in their life history and fail to formalize interactions between exotic species and recipient environments. In order to elucidate key mechanisms in the success of select invaders, I investigated the role of dispersal, establishment, proliferation, and persistence in their threat to natural areas. Focusing on Riding Mountain National Park, Manitoba, Canada, I integrated the native climatic range and biological traits of 251 exotic vascular plants reported inside and outside the park. Based on their climatic range in Europe, 155 among 174 exotic plant species absent from the Park were predicted to establish within its boundaries; among these, 40 clonal perennials were considered the highest threat to the Park’s biodiversity. Focusing on smooth brome (Bromus inermis Leyss.), a Eurasian perennial, threatening the structure and function of native prairies throughout the Great Plains, I extended my research to investigate the role of dispersal, establishment, proliferation, and persistence in characterizing its threat to the endemic diversity of northern fescue prairies, protected within Riding Mountain National Park. Patterns of smooth brome invasions were contingent on the type of propagules dispersed. The shallow dispersal gradient of individual florets combined with the steeper gradient of panicles and spikelets suggested that smooth brome is capable of simultaneously invading along dense fronts as well as by establishing isolated foci. While low correlations between the number of dispersed seeds and their recruitment suggested post-dispersal transport, seedling establishment remained contingent on prairie diversity. Seedling biomass increased with declining plant diversity, however, its impact depended on the availability of soil nitrogen. As a result, disturbed areas, preserving the root function of native plants, resisted smooth brome establishment. Even though low nitrogen contributed to a decline in seedling biomass, physiological integration between ramets facilitated their vegetative proliferation in low resource environments. Despite its rapid establishment and proliferation, smooth brome productivity declined at the center of invading clones. Although field and greenhouse observations failed to implicate soilborne pathogens, reasons for the observed decline remain unresolved. My research demonstrates that while Riding Mountain National Park and other natural areas in western Canada will continue to be impacted by exotic plants, integrating key stages in their life history provides an important conceptual framework in predicting their threat to natural areas and prioritizing management.

Invasive exotic species threaten the biodiversity and function of native ecosystems. Existing models, attempting to predict and control successful invaders, often emphasize isolated stages of in their life history and fail to formalize interactions between exotic species and recipient environments. In order to elucidate key mechanisms in the success of select invaders, I investigated the role of dispersal, establishment, proliferation, and persistence in their threat to natural areas. Focusing on Riding Mountain National Park, Manitoba, Canada, I integrated the native climatic range and biological traits of 251 exotic vascular plants reported inside and outside the park. Based on their climatic range in Europe, 155 among 174 exotic plant species absent from the Park were predicted to establish within its boundaries; among these, 40 clonal perennials were considered the highest threat to the Park’s biodiversity. Focusing on smooth brome (Bromus inermis Leyss.), a Eurasian perennial, threatening the structure and function of native prairies throughout the Great Plains, I extended my research to investigate the role of dispersal, establishment, proliferation, and persistence in characterizing its threat to the endemic diversity of northern fescue prairies, protected within Riding Mountain National Park. Patterns of smooth brome invasions were contingent on the type of propagules dispersed. The shallow dispersal gradient of individual florets combined with the steeper gradient of panicles and spikelets suggested that smooth brome is capable of simultaneously invading along dense fronts as well as by establishing isolated foci. While low correlations between the number of dispersed seeds and their recruitment suggested post-dispersal transport, seedling establishment remained contingent on prairie diversity. Seedling biomass increased with declining plant diversity, however, its impact depended on the availability of soil nitrogen. As a result, disturbed areas, preserving the root function of native plants, resisted smooth brome establishment. Even though low nitrogen contributed to a decline in seedling biomass, physiological integration between ramets facilitated their vegetative proliferation in low resource environments. Despite its rapid establishment and proliferation, smooth brome productivity declined at the center of invading clones. Although field and greenhouse observations failed to implicate soilborne pathogens, reasons for the observed decline remain unresolved. My research demonstrates that while Riding Mountain National Park and other natural areas in western Canada will continue to be impacted by exotic plants, integrating key stages in their life history provides an important conceptual framework in predicting their threat to natural areas and prioritizing management.

Les changements climatiques et leurs impacts sur la biodiversité font aujourd'hui l'objet d'une attention croissante de la part de la communauté scientifique et des gestionnaires des écosystèmes naturels. En effet, le climat influence la biologie et l'écologie des espèces animales et végétales, depuis leur physiologie jusqu'à leur répartition. Les modifications climatiques pourraient donc avoir des répercussions importantes sur les espèces et les assemblages. Au sein des écosystèmes aquatiques continentaux, les poissons de rivière sont des organismes incapables de réguler leur température corporelle et soumis à une variabilité hydrologique importante ainsi qu'à de fortes pressions anthropiques. Leur réponse aux modifications du climat actuelles et à venir a pourtant été encore peu abordée. L'objectif de ce travail de thèse est donc d'évaluer les impacts potentiels du changement climatique sur les poissons des rivières françaises, et plus particulièrement sur la distribution des espèces et la structure des assemblages. Des données fournies par l'Office National de l'Eau et des Milieux Aquatiques ainsi qu'une approche de modélisation basée sur les niches écologiques des espèces (i.e., modèles de distribution) ont été utilisées. Différentes sources d'incertitude ont également été testées dans une approche d'ensembles afin de prendre en compte la variabilité entre les impacts projetés et fournir ainsi une évaluation robuste de ces impacts. La première partie de ce travail a consisté en l'identification des principaux déterminants environnementaux qui structurent la répartition spatiale des espèces de poisson au sein des réseaux hydrographiques. Globalement, il apparaît qu'une combinaison de facteurs climatiques et de variables décrivant l'habitat local et la position des habitats au sein des réseaux hydrographiques est importante pour expliquer la distribution actuelle des espèces. De plus, les espèces ont toutes des réponses différentes aux facteurs de l'environnement. Dans un second temps, nous avons mis en évidence que le choix de la méthode statistique de modélisation de la niche écologique est crucial, les patrons actuels et futurs de distribution prédits étant fortement contrastés selon la méthode de modélisation considérée. Cette dernière s'avère même être la principale source d'incertitude dans les projections futures, bien plus encore que les modèles climatiques de circulation générale et les scénarios d'émission de gaz à effet de serre. La variabilité entre les prédictions issues de plusieurs techniques de modélisation peut être prise en compte par une approche de consensus. Un modèle consensuel basé sur la valeur moyenne de l'ensemble de prédictions est capable de prédire correctement la distribution actuelle des espèces et la composition des assemblages. Nous avons donc choisi de retenir cette approche pour évaluer au mieux les impacts potentiels du changement climatique sur les poissons des rivières françaises à la fin du 21ème siècle. Nous avons montré que la majorité des espèces de poisson pourrait être affectée par les futures modifications du climat. Seules quelques espèces d'eau froide (e.g. truite fario, chabot) pourraient restreindre leur distribution aux parties les plus apicales des réseaux hydrographiques. Au contraire, les espèces tolérant des températures plus élevées pourraient coloniser de nouveaux habitats et étendre ainsi leur répartition. Ces modifications de la distribution des espèces pourraient conduire à un réarrangement des assemblages au niveau taxonomique et fonctionnel. Une augmentation de la diversité locale et de la similarité régionale (i.e., homogénéisation) sont ainsi prédites simultanément. L'ensemble de ces résultats apporte donc des éléments sur la compréhension de la distribution des poissons d'eau douce et sur les conséquences du changement climatique qui peuvent être envisagées. Ce travail fournit ainsi une base aux acteurs de la gestion de la biodiversité afin d'initier des mesures de conservation concrètes. De plus, les considérations méthodologiques développées dans cette thèse sont une contribution importante à l'amélioration des projections issues de modèles statistiques de distribution et à la quantification de leur incertitude. / Climate change and its impact on biodiversity are receiving increasing attention from scientists and people managing natural ecosystems. Indeed, climate has a major influence on the biology and ecology of fauna and flora, from physiology to distribution. Climate change may thus have major consequences on species and assemblages. Among freshwater ecosystems, stream fish have no physiological ability to regulate their body temperature and they have to cope with streams' hydrological variability and strong anthropogenic pressures. Yet their response to current and future climate change has been poorly studied. The aim of this PhD thesis is to assess the potential impact of climate change on fish in French streams, mainly on species distribution and assemblages' structure. Data provided by the Office National de l'Eau et des Milieux Aquatiques combined with a modelling approach based on species' ecological niche (i.e., distribution models) have been used. Several sources of uncertainty have also been considered in an ensemble modeling framework in order to account for the variability between projected impacts and to provide reliable estimates of such impact. First, we have identified the main environmental factors that determine the spatial distribution of fish species within river networks. Overall, it appears that a combination of both climatic variables and variables describing the local habitat and its position within the river network is important to explain the current species distribution. Moreover, each fish species responded differently to the environmental factors. Second, we have highlighted that the choice of the statistical method used to model the fish ecological niche is crucial given that the current and future patterns of distribution predicted by different statistical methods vary significantly. The statistical method appears to be the main source of uncertainty, resulting in more variability in projections than the global circulation models and greenhouse gas emission scenarios. The variability between predictions from several statistical methods can be taken into account by a consensus approach. Consensual predictions based on the computation of the average of the whole predictions ensemble have achieved accurate predictions of the current species distribution and assemblages' composition. We have therefore selected this approach to assess the potential impacts of climate change on fish in French streams at the end of the 21st century with the highest degree of confidence. We have found that most fish species could be sensitive to the future climate modifications. Only a few cold-water species (i.e., brown trout, bullhead) could restrict their distribution to the most upstream parts of river networks. On the contrary, cool- and warm-water fish species could colonize many newly suitable habitats and expand strongly their distribution. These changes of species distribution could lead to a rearrangement of fish assemblages both at the taxonomic and functional levels. An increase in local diversity together with an increase in regional similarity (i.e., homogenization) are therefore expected. All these results bring new insights for the understanding of stream fish species distribution and expected consequences of climate change. This work thus provides biodiversity managers and conservationists with a basis to take efficient preservation measures. In addition, methodological developments considered in this PhD thesis are an important contribution to the improvements of projections by statistical models of species distribution and to the quantification of their uncertainty.

Les effets du changement climatique sur la biodiversité à l’échelle du globe sont maintenant sans équivoque. Parmi les écosystèmes affectés, les cours d’eau sont particulièrement vulnérables aux fluctuations du climat. Les modifications de structure et de composition des communautés aquatiques constituent alors un signal intégrateur des réponses écologiques à ces changements climatiques. Dans certaines circonstances, ce signal peut également être exacerbé, modéré ou potentiellement masqué par d’autres variations abiotiques.L’objectif de ce travail de thèse était donc d’évaluer l’effet relatif de différents facteurs de forçage sur les tendances d’évolution à long-terme des communautés de macroinvertébrés benthiques de grands cours d’eau, dans un contexte de changement climatique global. Nos investigations ont ciblé plus spécifiquement la Loire moyenne car, en tant que grande rivière de plaine, elle est particulièrement concernée par les problèmes liés aux stress multiples. En ce qui concerne le choix du compartiment biologique, la faune benthique a été sélectionnée pour son intérêt reconnu en bioévaluation des cours d’eau, notamment grâce à une grande diversité de réponses potentielles aux perturbations environnementales et à un certain nombre d’avantages méthodologiques.Dans un premier temps, nous nous sommes appliqués à caractériser les modifications temporelles de dix paramètres abiotiques majeurs sur trois décennies (1977-2008). Nous avons notamment mis en évidence le réchauffement graduel de la Loire (c. +1,2°C en moyenne annuelle sur les trois décades), couplé à une réduction significative du débit moyen (c. -25%), les deux tendances étant exacerbées en période chaude (mai-août). Dans le même temps, alors que ces modifications étaient susceptibles de provoquer une augmentation du niveau trophique du fleuve, nous avons souligné l’existence d’un effet confondant de l’amélioration des traitements d’épuration (i.e. réduction des apports en phosphore), se traduisant principalement par la baisse des concentrations en phosphates et la limitation des organismes phytoplanctoniques.Dans un second temps, nous nous sommes intéressés aux réponses structurelles et fonctionnelles long-terme (i.e. 30 ans) des invertébrés de la Loire à ces deux évolutions concomitantes majeures. En premier lieu, nous avons constaté que le réchauffement et, dans une moindre mesure, la réduction du débit sont impliqués dans la disparition ou le déclin progressif de taxons rhéophiles et psychrophiles (e.g. Chloroperlidae). En parallèle, ces modifications hydroclimatiques expliquent une majeure partie de l’apparition et de la colonisation de taxons limnophiles et thermophiles, comprenant certaines espèces invasives (e.g. Corbicula sp.). En termes de réponses fonctionnelles, ces changements s’illustrent par une évolution adaptative des profils de traits biologiques cohérente avec les prédictions a priori qu’il est possible de faire dans un cadre théorique. Toutefois, cette dérive progressive vers un assemblage généraliste et polluotolérant est partiellement confondue par l’amélioration de la qualité d’eau, qui explique l’apparition de nouveaux taxons polluo-sensibles lors des dernières années (e.g. Philopotamidae). Bien qu’aucune résilience taxonomique ou fonctionnelle ne soit constatée, cette tendance se manifeste, via les traits biologiques, par un transfert probable des ressources trophiques depuis les organismes phytoplanctoniques vers des biofilms épibenthiques et des macrophytes.Pour finir, nous avons exploré la variabilité spatiale multi-sites de ces tendances biotiques et abiotiques et montré que l’ensemble de ces résultats, qui corrobore déjà un certain nombre d’observations en Europe, constitue également un patron homogène le long de la Loire moyenne (sur près de 300 km) et entre différents hydrosystèmes (e.g. Loire, Seine, Meuse). / Evidence for climate change effects on biodiversity at global scale is now unequivocal. Among impaired ecosystems, running waters are particularly vulnerable to climate fluctuations. Changes in aquatic community structure and composition are then considered as integrative signals of the ecological responses to these climate changes. Under certain circumstances, these signals can be also exacerbated, confounded or potentially obscured by other abiotic variations.Therefore, the aim of this PhD was to assess the relative effect of different drivers on longterm trends in benthic macroinvertebrate communities, in the context of global climate change. Our investigations were focused more precisely on the Middle Loire River since, as lowland large river, it is particularly concerned by the potential impact of multiple stressors. Regarding the choice of the biological model, benthic fauna has been selected according to its acknowledged interest in bioassessment of running waters, especially thanks to a great diversity of potential responses to environmental disturbances and a number of methodological advantages.First, we investigated the temporal changes of ten major abiotic parameters over three decades (1977-2008). We highlighted the gradual warming of the Loire River (c. +1.2°C in the mean annual temperature over the three decades), coupled with a significant drop in mean discharge (c. -25%), both trends being exacerbated during the warm period (May-August). In the same time, although these changes were expected to induce a rise in the trophic level of the river, we emphasized a confounding effect of the wastewater treatment improvement (i.e. phosphorus input reduction), leading mainly to a drop in phosphate concentrations and a phytoplankton limitation.Second, we assessed the long-term structural and functional responses (i.e. over a 30-year period) of invertebrates of the Loire River to both major concomitant trends. On the one hand, we highlighted that water warming and to a lesser extent discharge reduction were significantly involved in the disappearance or decrease in rheophilic and psychrophilic taxa (e.g. Chloroperlidae). On the other hand, they explained also a major part of the appearance and increase of limnophilic and thermophilic taxa, including invasive species (e.g. Corbicula sp.). In terms of functional responses, these changes were illustrated by an adaptive evolution of the biological trait profiles in agreement with a priori predictions that is possible to make in a theoretical framework. However, this shift towards a generalist and pollution tolerant assemblage was partially confounded by improvement in water quality, explaining the settlement of new pollution-sensitive taxa during the last years (e.g. Philopotamidae). Although no taxonomic or functional resilience was observed, this trend was translated, via biological traits, into a probable transfer of trophic resources from phytoplankton to periphytic biofilms and macrophytes.Finally, we explored the multi-site spatial variability of these biotic and abiotic trends and we showed that our results as a whole, which supported already a number of observations in Europe, exhibited also a strong homogeneous pattern along the Middle Loire River (on nearly 300 km) and among different hydrosystems (e.g. Loire, Seine, Meuse).

A travers le monde, les zones côtières abritent une grande diversité d’ingénieurs de l’écosystème accomplissant des fonctions clés comme le recyclage de la matière organique et des nutriments. Les habitats résultants de l’activité biologique de ces espèces sont exposés à de nombreuses perturbations comme la surpêche, le piétinement ou via l’aménagement des côtes. Dans ce contexte, il est urgent de comprendre le fonctionnement de ces habitats ingénieurés et comment ils sont affectés par des perturbations croissantes. Pendant ma thèse, j’ai utilisé l’habitat récifal construit par le polychète grégaire tubicole Sabellaria alveolata comme cas d’étude. Tout d’abord, les changements environnementaux et biotiques associés à la mise en place d’un récif à S. alveolata et à sa perturbation croissante ont été évalué, se concentrant sur les paramètres du sédiment (e.g. granulométrie, contenu en matière organique) ainsi que la diversité taxonomique et les assemblages d’espèces. De manière similaire, le troisième article se penche sur le fonctionnement trophique de la communauté récifale et d’une communauté contrôle afin de comprendre les effets de la mise en place de l’espèce ingénieur sur les transferts de carbone, s’intéressant successivement à l’ensemble de la communauté des consommateurs, aux consommateurs primaires et à l’importance des sources de nourriture autochtones (microphytobenthos et Ulva sp.) vs allochtone (phytoplancton). Dans cette partie, j’ai utilisé les isotopes stables du carbone et de l’azote ainsi que différentes approches analytiques telles que des mesures de la niche isotopique et des modèles de mélange. L’article 2 a pour but de comprendre les interactions entre complexité de l’habitat récifal, hétérogénéité des sources de nourriture autochtones et échelles spatiales dans l’explication des variations du rapport isotopique du carbone de S. alveolata et d’un suspensivore associée. Dans les deux derniers chapitres, j’ai traité la question du fonctionnement de l’habitat ingénieuré de manière directe, en utilisant des incubations de carottes benthiques pour mesurer des flux biogéochimiques (e.g. demande en oxygène), ou indirecte, en utilisant des indices de diversité fonctionnelle et isotopique intégratifs. Cette dernière partie révèle l’existence d’un optimum de densité de S. alveolata, utilisée comme proxy des perturbations, où la niche trophique et le fonctionnement biogéochimique du récif sont tous les deux maximaux. / Coastal zones worldwide are home to a large diversity of ecosystem engineers that perform key functions such as the recycling of organic matter and nutrients. The habitats resulting from the biological activity of these species are exposed to numerous disturbances such as over harvesting and trampling or via coastal modification. In this context, it is becoming key to understand the functioning of these engineered habitats and how they are affected by increasing disturbances. During my PhD, I used the reef habitat built by the gregarious tubiculous polychaete Sabellaria alveolata as a study case. First, the environmental and biotic changes associated with the establishment of a S. alveolata reef and its increasing disturbance were assessed, focusing on sediment characteristics (e.g. grain-size distribution, organic matter content) along with taxonomic diversity and species assemblage. In the same vain, the third article looks into the trophic functioning of the reef community and a control community to understand the effects of the establishment of the engineer species on carbon transfers, successively looking at the whole consumer community, the primary consumers and the importance of autochthonous (microphytobenthos and Ulva sp.) vs allochthone (phytoplankton) food sources. In this part, I used carbon and nitrogen stable isotopes and different analytical approaches such as isotopic niche metrics and mixing models. Article 2 aims towards understanding the interactions between reef habitat complexity, autochthonous food source heterogeneity and spatial scales in explaining the carbon isotopic ratio variations of S. alveolata and an associated suspension-feeder. In the last two chapters, I address the functioning of the engineered habitat either directly, using benthic core incubations to measure biogeochemical fluxes (e.g. oxygen demand) or indirectly, through the use of integrative functional and isotopic diversity indices. This last part reveals the existence of an optimum value of S. alveolata density, used as a disturbance proxy, where the trophic niche and the biogeochemical functioning of the reef are both maximal.