Résumé : Cette recherche présente l'analyse spatio-temporelle de l'évolution conjointe de l'augmentation de la présence arbustive et de la dynamique de la fonte de la neige au Nunavik, Québec, Canada. Cette zone est caractérisée par la complexité de l'interaction de multiples changements simultanés de la température, de la couverture de la neige ainsi que de la pousse végétative. La première partie de ce travail consiste à faire l'analyse de l’évolution temporelle de ces multiples changements. Cette analyse a nécessité la mise en place d’une importante base de données climatiques, satellitaires et de couverture de sol à plusieurs échelles, sur une période allant jusqu'à 60 ans, soit de 1950-2012. La deuxième partie du travail consiste à faire l'analyse spatiale à haute résolution de l’influence de la fraction du couvert arbustif sur la fonte de la neige. L'analyse et l'interprétation des résultats obtenus dans la première partie montrent clairement un changement climatique significatif sur la région étudiée, découpée en 3 bandes de latitude correspondant à la toundra, la taïga ouverte et à la taïga forestière, respectivement du Nord au Sud. Ce changement de climat correspond à un réchauffement marqué, entre 0.75°C et 1.57°C par décade entre les zones 1 (toundra) et 3 (taïga forestière) respectivement. On peut noter que la hauteur de neige maximale annuelle a diminué dans les trois zones alors que les précipitations hivernales ont augmenté en zone 1 et 3 sur les 45 dernières années. Les résultats montrent une nette augmentation de la végétation arbustive dans les zones 2 et 3 (LAI plus élevé de 100% dans la zone 3 par rapport à la zone 1). L'impact de la végétation a été analysé à partir de la durée de fonte relative entre le début de la fonte et la disparition de la neige. Il apparait clairement que la végétation active la fonte précocement, allongeant ainsi significativement la durée de fonte (+600%). Cependant, l'impact de la végétation ne retarde pas la date de fin du couvert nival qui est de plus en plus précoce pour les zones 2 et 3. L'analyse spatiale à haute résolution montre que la présence arbustive entraine une date de fin de neige plus précoce par rapport au sol nu. Cette étude démontre clairement que la croissance de la végétation qui résulte du réchauffement climatique impacte la dynamique du couvert nival, aussi affectée par ce réchauffement. Une étude approfondie des processus en causes avec des mesures in situ appuyées par leur modélisation permettrait de mieux comprendre ces phénomènes. // Abstract : This study presents a spatial-temporal analysis of the joint evolution of the increase of shrubiness and the dynamics of snowmelt in Nunavik, Quebec, Canada. This zone is characterized by the complexity of the interaction of multiple changes of temperature, snow cover and vegetation growth. The first part of this study analyzes the temporal evolution of these changes. The analysis required the use of a large database on climate, satellite data and ground cover at multiple scales over a period of up to 60 years, from 1950 to 2012. The second part of the study consists of a spatial high-resolution analysis of the influence of the fraction of shrub cover on snowmelt. The analysis and interpretation of the results clearly show a significant climate change over the study area, divided into three latitudinal transects corresponding to tundra, open taiga and forested taiga. A significant warming of 0.75 ° C and 1.57 ° C per decade was experienced between zones 1 (tundra) and 3 (forested taiga) respectively. The maximum annual snow depth on the ground decreased over the 3 zones studied while winter precipitations increased in zones 1 and 3 over the last 45 years. The results show a significant increase in shrub vegetation in zones 2 and 3. The impact of the vegetation on snow was analyzed with melt duration (from melt onset to complete melt). It appears clearly that the vegetation triggers the melting process earlier and significantly extends the melt duration (+600%). However, the impact of vegetation does not delay the date of the snow cover disappearance. The high-resolution spatial analysis showed that shrubs cause an earlier snow cover disappearance date than bare soil. This study clearly demonstrates that vegetation growth resulting from global warming impacts the snow cover dynamics, which are also affected by global warming. A thorough study of the processes with in-situ measurements supported by models would help gaining a better comprehension of these phenomena.

Le climat des années 2000 a été marqué en Europe par une vague d'épisodes chauds battant tous les précédents records saisonniers de température et s'accompagnant d'impacts sociétaux et environnementaux particulièrement sévères. Cette thèse se propose de contribuer à la compréhension des mécanismes physiques responsables de tels extrêmes, dans le but d'anticiper leurs réponses au changement climatique futur. Ce travail mêle ainsi analyses statistiques de données d'observations et de projections climatiques, et expériences de modélisation régionale. Nous montrons dans un premier temps que si la variabilité inter-annuelle du climat européen est pilotée par les fluctuations de la dynamique atmosphérique nord-atlantique, le récent réchauffement apparaît dissocié de potentiels changements dans la circulation. Cette divergence s'illustre particulièrement lors de l'automne exceptionnellement doux de 2006. Les récentes conditions chaudes en surface de l'océan Atlantique nord semblent contribuer au réchauffement européen en automne--hiver, tandis que des processus amplificateurs plus locaux apparaissent au printemps--été (e.g., influence de l'humidité des sols). La seconde partie de notre travail, basée sur les projections climatiques de l'International Panel on Climate Change, montre que la divergence constatée sur la période présente semble se poursuivre dans les projections futures. En particulier la variabilité interne de la dynamique nord-atlantique n'apparaît que peu affectée par le changement climatique. Les futurs extrêmes de température seraient alors associés à des circulations similaires aux circulations observées lors des extrêmes récents. Dans ce cadre, l'hiver européen de 2009/10 fournit une illustration d'un événement extrême froid dans un climat déjà plus chaud.

Le réchauffement climatique enregistré depuis le début du siècle, et imputé en grande partie à la production massive de gaz à effets de serre par les activités anthropiques, se traduit par différentes réponses du système climatique terrestre. Les projections pour l'évolution climatique future requièrent l'utilisation de modèles, dont la fiabilité dépend en partie des tests conduisibles sous des conditions aux limites variables. Afin de contraindre les paramètres mal connus de ces modèles, l'étude des climats du passé constitue un moyen adapté. Le projet TALDICE de forage dans la glace prend place dans ce contexte général. Son objectif principal vise à enrichir notre connaissance de la variabilité climatique passée enregistrée sur le continent antarctique, en focalisant plus particulièrement sur les disparités régionales et le comportement des régions situées en bordure du plateau est-antarctique, notamment lors de variations rapides du climat. Le forage glaciaire profond TALDICE a été conduit à Talos Dome, en Terre de Victoria, près de la Mer de Ross. Dans ce travail de thèse nous nous sommes attelés à la construction d'une échelle d‘âge précise pour la carotte TALDICE, en nous appuyant, dans un premier temps, sur l'analyse du méthane et des isotopes de l'air contenu dans les bulles incluses au sein de la matrice glaciaire, et dans un second temps, sur l'utilisation de divers modèles de datation, dont une nouvelle méthode inverse optimisant la cohérence entre les marqueurs stratigraphiques et les contraintes glaciologiques. L'échelle d'âge TALDICE-1 ainsi édifiée a permis 1) de montrer que l'enregistrement climatique de la carotte était exploitable sans hiatus jusqu'à un âge de 250.000 ans avant notre ère, 2) de discuter les relations de phase des évènements climatiques rapides observés durant la dernière déglaciation et la fin de la période glaciaire (stade isotopique marin n°3) entre TALDICE et d'autres carottes de glace issues des deux hémisphères. Une analyse multi-proxies, accompagnéee par l'exploitation de simulations d'un modèle de climat global couplé océan-atmosphère (le modèle IPSL-CM4), nous a permis de conclure 1) à la synchronicité du signal climatique de TALDICE avec ceux des autres régions antarctiques lors des variations rapides de température, étendant ainsi à cette région l'empreinte du mécanisme de bascule bipolaire lors des variations climatiques rapides, 2) à l'observation de disparités régionales dans les taux de changement de la température entre les différents secteurs de l'Océan Austral, probablement gouvernées par des variations locales du couvert de glace de mer, ainsi que de l'intensité et de la localisation des vents zonaux. Nous concluons à une sensibilité accrue du secteur atlantique de l'Océan Austral lors des variations globales de température par rapport au secteur indien.

Depuis les 100 dernières années, la température de la Terre a fortement augmenté en raison des changements climatiques. Par exemple, le sud du Québec a connu des anomalies d’environ +1,2 °C depuis 1970. Or, deux conséquences possibles d’une telle augmentation de température sont (i) le déplacement des distributions géographiques des espèces vers des latitudes ou altitudes plus froides, et (2) une modification des communautés favorisant les espèces adaptées au chaud. À l’été 2012, l’inventaire floristique effectué par Gilles Marcotte et Miroslav Grandtner en 1970 a été reproduit dans le Parc du Mont-Mégantic. Ce site d’étude se distingue par un fort gradient altitudinal et une transition abrupte entre la forêt de feuillus et la forêt boréale, ce qui en fait un site propice à l’étude des questions reliées au climat. Ainsi, 48 parcelles de 0,1 et 0,2 acres (~400 et 800 m2) ont été inventoriées à 42 ans d’intervalle sur l’ensemble du parc. Ce mémoire vise donc à déterminer s’il y a eu des changements dans les communautés végétales du Mont-Mégantic, et si oui, si ces changements vont dans la direction prédite par le réchauffement climatique. Les résultats suggèrent un effet visible du réchauffement climatique puisque les espèces se sont en moyenne déplacées vers le sommet de façon notable, toutes strates confondues (8,5 ± 1,6 m par décennie). De plus, cette augmentation de l’altitude moyenne des espèces est cohérente avec une augmentation des Community Temperature Indices (CTI) et des Community Moisture Indices (CMI) des parcelles (0,2 ± 0,1 °C et -0,13 ± 0,05 unités arbitraires d’humidité, respectivement, en 42 ans), suggérant une représentation légèrement accrue des espèces adaptées au chaud et au sec. Ces résultats sont cohérents avec le réchauffement régional observé, puisque celui-ci peut réduire la disponibilité de l’eau. Par contre, un rôle potentiel du changement de régime de lumière a été mis en évidence, particulièrement pour les herbacées, qui sembleraient affectées par une ouverture accrue de la canopée par rapport à 1970. Finalement, considérant que la variation spatiale des CTI est équivalente au gradiant adiabatique de température (-0,55 °C/100 m d’altitude), nos résultats indiquent que les espèces végétales du Mont-Mégantic subissent probablement un retard les empêchant de se déplacer de manière à suivre l’augmentation de température observée. Les conclusions de ce mémoire soulignent que le réchauffement climatique peut mener à des changements visibles dans les communautés végétales, et ce, même lorsque ces communautés sont relativement bien protégées.

Ne couvrant que 8% de l’océan mondial mais offrant 85% des ressources marines exploitées, les systèmes côtiers sont d’importantes plaques tournantes d’échanges de matières et d’énergie, jouant un rôle capital dans les cycles biogéochimiques. De plus, ces milieux sont marqués par une forte hétérogénéité spatio-temporelle des facteurs environnementaux, contribuant ainsi à leur complexité. Au cours des dernières décennies, les changements globaux s'exerçant sur ces systèmes sont devenus si intenses, que la mise en place de réseaux d'observation à long-terme est devenue cruciale afin d'extraire les grandes tendances et de prédire les changements potentiels. La question de l'identification de la réponse spécifique de ces zones d'interfaces littorales reste cependant posée. En France, le suivi des paramètres physiques et chimiques des eaux côtières est assuré depuis 1997 par le programme SOMLIT (Service d’Observation en Milieu LIToral). L'objectif de cette thèse est de donc caractériser l'évolution physico-chimique, à l'échelle décennale, des systèmes côtiers français et d'estimer les parts respectives de la variabilité naturelle et de l'influence anthropique. Dans un premier temps, l'analyse de ces séries chronologiques montre que les systèmes côtiers français présentent une variabilité temporelle importante, liée en partie aux fluctuations hydro-climatiques à méso-échelle, mais également à des échelles plus régionales. Dans un deuxième temps, le développement d'une nouvelle procédure multivariée non paramétrique, aboutissant à la construction d'états de référence relatifs et à la détection rapide des changements, permet de quantifier le phénomène de fertilisation en nutriments. Il est montré que la fertilisation peut être fortement influencée par le forçage climatique. Dans un troisième temps, après soustraction de la part de variabilité climatique naturelle, des indicateurs de fertilisation anthropique sont proposés, permettant la quantification de l'impact des activités humaines sur les systèmes côtiers français. Ce travail propose une nouvelle approche qui permet de détecter dès que les données deviennent accessibles les perturbations potentielles dans tous types de systèmes, avec plus particulièrement pour objectif de répondre aux attentes, scientifiques et sociétales, d'une gestion adaptée des milieux côtiers. / Covering only 8% of the World Ocean but with 85% of exploited marine resources, coastal systems are important areas for the exchange of materials and energy, playing a crucial role in biogeochemical cycles. Moreover, these environments are marked by strong spatial and temporal heterogeneity of environmental factors, contributing to their complexity. In recent decades, global change exerted on these systems has become so intense that the implementation of long-term monitoring programmes has become essential to extract major trends and predict potential changes. However, the identification of the specific response of these coastal systems remains posed. In France, monitoring of physical and chemical parameters of coastal waters is provided since 1997 by the programme SOMLIT (Service d'Observation en Milieu LITtoral). The aim of this PhD Thesis is therefore to characterize year-to-year variability in physic-chemical properties of the surface layer, at a decadal scale, of the French coastal systems, and to evaluate the respective influence of natural and anthropogenic variability. Firstly, the analysis of these time series shows that the French coastal systems exhibit significant temporal variability, due to hydro-climatic fluctuations at meso and regional scales. Secondly, the development of a new nonparametric multivariate procedure, resulting in the constitution of relative reference states for the rapid detection of changes, allows quantifying the fertilization in nutrient concentrations. Moreover, it is shown that fertilization can be strongly influenced by climate forcing. Thirdly, after the removal of natural climate variability, indicators of human fertilisation are proposed, allowing the quantification of the impact of human activities on French coastal systems. This study proposes a new approach to detect as soon as data become available, potential alterations in all types of systems, with the aim of meeting the scientific and societal assumptions and allowing the adaptive management of coastal environments.

Les prairies assurent différents services auprès de l’agriculture et de la société, dont les plus fondamentaux sont de produire le lait et la viande que nous consommons, mais également d’atténuer les émissions de gaz à effet de serre (GES) en piégeant une partie du carbone atmosphérique dans leurs sols. L’anticipation des risques associés à la continuité de ces services, dans le contexte de changement climatique (CC) et démographique futur, est l’un des enjeux agricole et sociétal de demain. Dans ce cadre, cette thèse vise à i) modéliser les impacts du CC sur les services et le bilan de GES des prairies, en tenant compte de la variabilité climatique accrue prédite par les modèles climatiques, mais également ii) à fournir des pistes d’adaptations du système fourrager dans le cas de systèmes d’élevage bovin herbagers. Pour cela, nous avons développé les modules animal et végétal de PaSim afin, d’une part, de représenter de façon mécaniste les performances animales et les émissions de méthane entérique au pâturage et, d’autre part, de rendre compte des interactions de la diversité végétale avec le CC et la gestion des prairies. PaSim a ensuite été utilisé pour simuler, en 12 sites français, les impacts du CC sur des prairies mono ou plurispécifiques, dans différentes conditions pédoclimatiques et de gestion. Le modèle a été forcé par des scénarios climatiques à haute résolution couvrant la période 1950-2100 et issus de différents scénarios socio-économiques, modèles climatiques et méthodes de régionalisation / initialisation. Les conséquences du CC sont globalement assez favorables, hormis pour la production fourragère estivale et la restitution d’eaux aux nappes, pour lesquels les risques d’une diminution significative sont accrus. Les sites plus arides ne sont pas nécessairement ceux qui connaîtront la plus forte évolution négative, même si, en absolu, ils restent ceux présentant les déficits fourragers et hydriques les plus forts. De nouvelles opportunités pour la production fourragère s’offre aux saisons autres que l’été, laissant présager de changements saisonniers importants qui nécessiteront fatalement une adaptation des systèmes d’élevage de ruminants. Une étude de cas, centrée sur les bassins de production breton et du Massif Central, a permis de montrer que ces changements pourraient s’accompagner de modifications de la distribution de fourrages et de concentré en complément de l’herbe pâturée, avec parfois, une exclusion des troupeaux de la pâture l’été. Des systèmes fourragers offrant une certaine flexibilité face à l’aléa climatique pourraient permettre d’exploiter à son maximum l’herbe pâturée, avec des temps de pâturage plus longs et davantage de surfaces allouées au pâturage, et par conséquent des chargements plus élevés. Ces adaptations ne devraient pas nuire au bilan net de GES à l’échelle du système, exprimé par UGB jour. En revanche, afin de soutenir le potentiel de production, elles pourraient nécessiter un recours plus important à l’azote et, de fait, augmenter les pollutions azotées à l’échelle du système. / Grasslands ensure a variety of services to the agricultural community and the society as a whole. Dairy and beef production are the major objectives of grassland management. However, they are also effective to mitigate greenhouse gas (GHG) emissions by sequestering the atmospheric carbon into the soil. Considering the challenges of demographic and climate changes (CC), anticipating the risks associated to the continuity of these services is to date a major societal concern (and is likely to remain a topic of public concern in the foreseeable future). In this context, the thesis aimed at: i) modelling the impacts of CC on grassland services (including the GHG budget), while accounting for the increased variability of future climate as projected by climate models ; ii) identifying pathways to CC adaptation of pasturebased livestock systems. By considering such goals, novel animal and plant modules were developed for the Pasture Simulation model (PaSim) that allowed, on the one hand, a mechanistic representation of the animal performance and methane emissions at pasture and, on the other hand, assessing interactions between vegetation diversity, CC and pasture management. PaSim has been used to simulate the impacts of CC on monocultures and multispecies grasslands run at 12 French sites across a range of soil, climate and management conditions. The model has been forced by high-resolution climate projections over 1950-2100, as generated by a set of socio-economic scenarios, climate models, and regionalization / initialization methods. Overall, the projected consequences of CC on French grasslands are not severe. Major concerns refer to summer forage deficit and water table depletion, for which significant risks of reduction may arise. If the most arid sites will not necessarily experience the worst CC impacts, they remain affected by the most critical conditions of forage and water deficit. Some opportunities for forage production that may arise for other seasons than summer involve important seasonal changes, which may also require the adaptation of pasture-based livestock production systems. A case study on two major production districts – Brittany and Massif Central – showed that CC will affect accompanied by the need of modifying forage and concentrate distribution to complement the grazed pastures. Moreover summer grazing will not be possible in some years. Flexible systems will allow better exploiting grazed grasslands. This may be achieved by extending the grazing periods and increasing the area allocated to pasture, while also increasing the animal density. Such adaptation measures proved not to worsen the GHG budget of the system, per livestock unit day. In contrast, increased supplies of nitrogen fertilizers to match the increased productivity potential may increase nitrate leaching.

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

Pour plusieurs sociétés de part le monde, la sécurité alimentaire repose encore aujourd'hui sur une agriculture familiale. L'objectif de cette thèse est de décrire et d'analyser comment les agriculteurs font face à la variabilité climatique. Le versant est du Mont Kenya est caractérisé par une forte variabilité climatique, sociale et culturelle. Les systèmes agricoles intègrent une diversité d'espèces et de variétés. Sans irrigation, ils dépendent exclusivement de la pluviométrie. Une double approche comparative a été utilisée pour isoler les facteurs sociaux et environnementaux dans notre analyse, en comparant trois altitudes (750 m, 950 m et 1100 m) et deux sociétés (Mwimbi et Tharaka). La diversité au niveau inter et intra spécifique est structurée en fonction de l'altitude et des communautés. Le savoir traditionnel des agriculteurs concernant les climats passés s'avère précis lorsqu'on le compare aux données pluviométriques. Avec l'adoption du maïs au détriment du sorgho et du mil, l'évolution des systèmes de cultures a induit un risque plus élevé aujourd'hui qu'auparavant de perdre des variétés lors des sécheresses. Cependant, l'effet négatif de la variabilité climatique n'est pas homogène; les agriculteurs, par leur savoir et leurs pratiques, atténuent l'effet de la variabilité climatique sur les plantes cultivées. Les dates de semis sont variables pour garantir l'humidité adéquate pour la germination des graines en début de saison des pluies. L'adaptabilité génétique des semences diffèrent fort probablement selon les communautés, certaines évoluant depuis plusieurs années en zones très arides (Tharaka à 750 m) alors que d'autres sont plus familières avec des climats plus cléments (Mwimbi à 1100 m). Les agriculteurs font donc face à la variabilité climatique avec des ressources génétiques qu'ils gèrent et reproduisent historiquement. L'interaction des facteurs sociaux, écologiques, historiques et génétiques devraient davantage être considérée dans les programmes d'amélioration variétale pour faire face à la variabilité climatique. / Smallholder systems are fundamental to food security for many societies but have largely remained under considered. The aim of this study was to describe how farmers in smallholder farming systems cope with climate variability. The eastern slope of Mount Kenya is characterized by high climate, social and cultural variability. Farmers practice rain-fed agriculture favouring multi-crops. A double comparative approach was implemented in order to isolate environmental and social factors, by comparing three altitudinal levels and two societies (Mwimbi and Tharaka). Crop diversity is both environmentally and socially structured. Farmers' climate knowledge is highly accurate in the light of climate rainfall records. Farming systems are also highly dynamic over time, in favor of maize and at the expense of sorghum and millet. This cropping system dynamic has induced an increasing risk of losing local farmers' varieties during drought from 1961 to 2006. However, rainfall variations and droughts do not cause seed losses homogenously, as societies interfere between crop and climate. Various sowing dates are practiced to favour the moisture conditions for the crop at germination. Seed genetic adaptability probably differs between communities, as some are usually exposed to droughts (Tharaka at 750 m) whereas others usually evolve in more favorable climatic environment (Mwimbi at 1100 m).Smallholder farmers thus cope with climatic variability with the crop genetic resources that they historically manage. Interaction between social, ecological, historical and genetic factors must be better reflected in crop genetic sampling strategies used in breeding programs to foster genetic adaptation to climate variability.

Sarotherodon melanotheron est un poisson euryhalin endémique d'Afrique de l'ouest, qui vit et se reproduit dans tous les milieux aquatiques. Dans cette région où le changement climatique a provoqué l'apparition d'estuaires hypersalés, cette espèce est la seule à survivre en milieu hyperhalin, et constitue donc un excellent modèle biologique. Les milieux aquatiques côtiers sont aussi impactés par de nombreux contaminants issus de l'activité humaine. L'objectif de cette thèse était d'évaluer l'impact des effets croisés de la salinité et des contaminants chez S. melanotheron dans des milieux très contrastés au Sénégal en utilisant une approche multi-multiparamétrique. Des indicateurs physiologiques (taux de croissance, facteur de condition) et une batterie de biomarqueurs en lien avec l'osmorégulation (pompe NKA), le métabolisme des xénobiotiques (EROD et GST), la protection vis-à-vis du stress (TBARS), la transmission de l'influx nerveux (AChE) et la reproduction (vitellogénine et histopathologie gonadique) ont été mesurés. Ils ont été complétés par une étude de la diversité génétique et de la forme des otolithes pour différencier les populations. Un dosage préalable de la contamination des sédiments a permis de caractériser précisément les sites échantillonnés. L'induction de l'activité EROD sur le site le plus impacté en HAP et celle de la NKA sur les sites de salinité plus élevée ont montré la sensibilité de ces biomarqueurs. Des expérimentations sur S. melanotheron en milieu contrôlé ont permis d'appréhender l'impact des effets combinés de la salinité et du DDT, et de caractériser l'activité NKA et les transporteurs protéiques (NKA et CFTR) mis en jeu lors de l'osmorégulation. L'immunofluorescence prononcée des transporteurs et leur abondance au niveau des branchies suggèrent leur implication fonctionnelle dans l'osmorégulation. L'analyse de la forme des otolithes et de la génétique des populations de S. melanotheron échantillonnées ont montré que la distance géographique semble être discriminante pour les variations morphométriques des otolithes, alors que la variabilité génétique observée traduisait l'histoire de la colonisation postglaciaire et les évènements démographiques affectant les populations les plus isolées. Tous les résultats montrent l'intérêt de l'utilisation d'une approche multi-paramétrique pour caractériser l'impact de perturbateurs environnementaux multiples. Des travaux complémentaires permettraient d'affirmer que ce tilapia est un très bon indicateur utilisable dans l'évaluation de la qualité des écosystèmes côtiers en milieu tropical. / The euryhaline black-chinned tilapia Sarotherodon melanotheron heudelotii is endemic in West Africa and able to adapt to changes of salinity, to survive and to reproduce in different natural conditions. It is one of rare species to survive in hyperhaline area. Increased of the salinity levels is one of the consequences of climate change in West Africa coastal environments. However coastal zones are also the ultimate sink of chemical contaminants. The aim of this study was to assess the impact of the combined effects of salinity and pollutants in the black-chinned tilapia for evaluate the Senegalese aquatic habitat quality. In accord to this objective physiological marker (condition factor and growth rate) and several biochemical biomarkers to link with osmoregulatory (NKA), xenobiotic metabolisation (EROD, GST), oxidative stress (TBARS), neurotoxicity (AChE) and reproduction (VTG and gonad histopathology) were assessed. Field studies revealed that EROD and NKA can discriminate different sampling site and could be used as biomarkers on pollutants and salinity exposure respectively. The combined effects of salinity and DDT on osmoregulatory were characterized in laboratory conditions. Results showed that influenced the osmoregulatory mechanisms with differential abundance of transport proteins (NKA and CFTR) in gill and induction of NKA. The results showed that a set of biomarkers to assess effects of multiple stressors can be useful in S. melanotheron. In addition, the S. melanotheron population structure using morphologic and genetic analysis revealed that otolith shape analysis provides a geographical discrimination and microsatellites analysis allow genetic pool discrimination. Results show the absence of correspondence between the morphologic and genetic patterns. The present study demonstrated that importance of use multi-parametric approach to assess impact of multiple stressors, such as salinity and contaminants on black-chinned tilapia. Further studies should be realized for a better characterize this set of biomarker responses.

Un des enjeux majeurs en écologie est de comprendre les effets du changement climatique sur la biodiversité et le fonctionnement des écosystèmes. En milieu marin, la surexploitation des ressources par l'homme est un autre facteur de forçage sur les assemblages d'espèces. La thèse propose, par une approche multi-composantes de la biodiversité, de projeter les modifications attendues sur la structure des assemblages de poissons côtiers méditerranéens soumis au changement climatique mais aussi aux différentes pressions de pêche. L'originalité de ce travail est de considérer la dynamique de la structure en taille, de la diversité des espèces mais aussi des lignées (diversité phylogénétique), des traits fonctionnels (diversité fonctionnelle) et des interactions (diversité des liens trophiques) des assemblages de poissons à différentes échelles au sein du bassin méditerranéen, ces trois dernières composantes étant largement ignorées dans les projections face au changement climatique alors qu'elles sont essentielles pour le viabilité des écosystèmes et des services associés au delà du simple nombre d'espèces.Nous avons donc projeté les futures aires de répartition des poissons côtiers méditerranéens grâce à l’implémentation d’un nouveau modèle climatique (NEMOMED8) et de modèles de niche basés sur les enveloppes bioclimatiques. Les projections des aires de distribution des poissons côtiers méditerranéens mettent en évidence que pour la fin du siècle (i) 54 espèces devraient perdre leur niche climatique, (ii) la richesse en espèces pourrait diminuer sur 70,4% du plateau continental, en particulier en Méditerranée occidentale et en mer Égée, et (iii) la taille maximale moyenne des assemblages de poissons pourrait augmenter dans 74,8% des cellules du plateau continental. Les espèces de petite taille non ciblées par la pêche pourraient être les espèces les plus menacées par le changement climatique alors que les espèces de grande taille seraient les plus vulnérables face à l'effort de pêche. Nos projections, au niveau de l’ensemble de la Méditerranée, suggérent l'érosion importante de quelques lignées comme la famille des gobidae. Même si l'érosion de PD et de FD est en partie liée à la perte de richesse spécifique (moins d'espèces moins de lignées ou de fonctions), nous avons établi, notamment dans le bassin ouest, que les assemblages de poissons perdraient plus de diversité phylogénétique et fonctionnelle que prévu simplement suite à l’érosion de la richesse spécifique.Pour appréhender les effets du changement climatique sur la structure du réseau trophique nous avons mis en place une méthodologie basée sur la robustesse d'une relation entre la taille des proies et des prédateurs. Nous avons pu ainsi mettre en évidence les modifications potentielles des réseaux trophiques au sein des assemblages de poissons face au changement global pour l’ensemble du plateau continental méditerranéen. Nous avons constaté qu'une partie importante du plateau continental méditerranéen serait confrontée à une diminution du nombre de liens trophiques, de la vulnérabilité (nombre de prédateurs par proie) et de généralité (nombre de proies par prédateur) moyennes des espèces, tandis que la connectance et le niveau trophique dans les assemblages de poissons pourraient augmenter d'ici la fin du XXIème siècle.Au-delà des modifications de richesse spécifique, les assemblages de poissons méditerranéens côtiers pourraient être modifiés dans les fonctions qu’ils jouent au sein de l’écosystème, dans leur histoire évolutive ainsi que dans les interactions structurant les réseaux trophiques. La thèse est donc une ouverture vers la biogéographie du fonctionnement des écosystèmes à partir de modèles parcimonieux et hybrides permettant d'intégrer différentes composantes de la biodiversité, l'océanographie physique, et le niveau d'exploitation des ressources pour inférer le devenir des systèmes marins côtiers face aux pressions multiples qui s'y exercent déjà. / One of the main goals in ecology is to understand the effects of climate change on biodiversity and ecosystem functioning. In marine environments the overexploitation of resources by human activities is another forcing factor on species assemblages. This PhD thesis suggested, within a multicomponentsbiodiversity approach, to project expected changes in the structure of Mediterranean coastal fish assemblages under climate change but also under different fishing pressures. The originality of this work is to consider the dynamics of size structure, diversity of species, but also lineages (phylogenetic diversity), functional traits (functional diversity) and interactions (diversity of trophic links) in fish assemblages at different scales within the Mediterranean basin, the latter three components being largely ignored in climate change projections whereas they are essential for maintaining the viability of ecosystems and associated services beyond the simple number of species. We therefore projected future geographic ranges of Mediterranean coastal fish through theimplementation of a new climate model (NEMOMED8) and based on bioclimatic envelopes models. Projected range shifts of Mediterranean coastal fish show that for the end of the century (i) 54 species would lose their climatic niche, (ii) species richness may decline on 70.4% of the continental shelf, particularly in the Western Mediterranean basin and in the Aegean Sea, and (iii) the average maximum size of fish assemblages would increase on 74.8% of the continental shelf. The small species, not targeted by fishing activities, would be the species most threatened by climate change, while larger species are most vulnerable to fishing effort.Our projections at the whole Mediterranean scale show a decrease of 13.6% for the phylogenetic diversity (PD) of coastal fish and 12.6% for their functional diversity (FD) by the end of this century and suggest a significant erosion of some lineages like the gobidae family. While erosion of PD and FD is partly due to the loss of species richness (fewer species implies less lineage and functions) we obseved, especially in the western basin, that the fish assemblages would loss more phylogenetic and functional diversity than expected simply due to the erosion of species richness. These two components, were largely ignored in conservation of marine species assemblages and appear to be strongly impacted by global change.To understand the effects of climate change on food web structure we developed a new methodology based on the robust relationship between the size of preys and predators. We were able to highlight potential changes in food webs of fish assemblages under climate change for the Mediterranean continental shelf. We found that a significant portion of the Mediterranean continental shelf would face a reduction in the number of trophic links, vulnerability (number of predators per prey) and generality (number of preys per predator) of species on average, while connectance and trophic level within fish assemblages would increase by the end of the XXIth century.Beyond changes in species richness, the Mediterranean coastal fish assemblages may be modified, in the functions that they play in ecosystem, in the amount evolutionary history they support, as well as in their interactions structuring food webs. This PhD thesis paves the way towards the biogeography of ecosystem functioning using parsimonious and hybrid models to integrate different components of biodiversity, physical oceanography, and the level of exploitation of ressouces to infer the futur of marine systems cfunctioning facing multiple pressures that are already there.