Le but principal de cette thèse est la détermination des risques de pollution de l'eau souterraine dus à des pratiques agricoles intensives sur l'île de Maré (Nouvelle-Calédonie). Maré est un atoll corallien surélevé où la principale ressource en eau douce provient de lentilles situées à l'intérieur du soubassement corallien. Le sol est un sol ferrallitique allitique très pérméable, et possédant une capacité importante d'échange anionique. Le climat est caractérisé par une saison humide, où des événements pluvieux de fortes intensités peuvent survenir. Pour calculer le drainage et la lixiviation du nitrate en-dessous de la zone racinaire, une métrologie non destructive a été mise en oeuvre sur plusieurs parcelles soumises à différentes pratiques culturales. Les caractéristiques hydrauliques du sol ont été obtenues par infiltrométrie et les paramètres de transfert de solutés grâce à des expériences réalisées au laboratoire, sur colonnes de sol. Environ 100 kg N ha-1 ont été apportés sur une parcelle sol nu, de maïs et de graminées. Bien que la saison 1996 fut plus humide qu'en 1995, la quantité de nitrate livixié sous maïs a diminué de 130 % (1995) à 48 % (1996) du nitrate apporté. En 1996, l'engrais a été apporté en deux fois alors qu'en 1995, il a été apporté en totalité le jour du semis. Malgré sa capacité d'échange anionique, la perméabilité du sol ainsi que les fortes intensités de pluie concourent à rendre le nitrate facilement lixiviable. Cependant, le risque de pollution peut être fortement réduit avec des applications fractionnées d'engrais de manière à ce que la consommation du nitrate par les plantes soit améliorée. Les paramètres du sol déterminés sur le terrain et au laboratoire nous ont permis d'utiliser le modèle mécaniste WAVE et d'évaluer sa capacité de reproduction et de prédiction des données. Les mesures lors des trois saisons aux conditions climatiques différentes ont été reproduites avec satisfaction.

Les poissons-perroquets, séparés en deux tribus les Scarini et les Sparisomatini, se sont diversifiés au sein des Labridae à partir d’ancêtres carnivores. L’un des facteurs essentiels pour expliquer cette diversification est leur exploitation d’une nouvelle niche trophique : les microorganismes. La plupart des Sparisomatini paissent des macroalgues pour y extraire les micro-organismes épiphytiques tandis que les poissons-perroquets brouteurs (tous les Scarini, certains Sparisoma) raclent ou creusent le substrat rocheux pour y récolter les microorganismes épilithiques et endolithiques. Ces changements de comportement alimentaire se sont accompagnés de nombreuses évolutions dentaires avec notamment la présence de plaques dentaires chez les brouteurs mais aussi certains paisseurs. Les phylogénies moléculaires ont contredit le précédent scénario évolutif sur la denture des poissons-perroquets qui stipulait l’apparition progressive de plaques dentaires à partir de dentures à dents non recouvertes d’os (dents libre s). Cette thèse se propose de réexaminer l’évolution de la denture chez les poissons -perroquets en se basant sur les progrès phylogénétiques mais aussi techniques (microtomographie 3D), tout en faisant le lien avec leur régime et leur fonction écologique. / Parrotfishes, divided into the tribes Scarini and Sparisomatini , are labrid fishes that arouse from carnivorous ancestors. One of the main factors that explain this radiation is the exploitation of microorganisms as a food source. While most Sparisomatini browse macroalgae to get epiphytic microorganisms, grazing parrotfishes (all Scarini and some Sparisoma) scrap or excavate hard substrate to obtain epilithic and endolithic microorganisms. Changes in feeding behaviour are associated with dentition specialization with notably dental plates in grazing but also some browsing parrotfishes. Gene-based phylogenies contradicted the previous evolutionary scenario about parrotfish dentition evolution, which states the progressive emergence of dental plates from non-coalesced dentitions. This thesis manuscript aims to re-examine the evolution of parrotfish dentitions in the light of the new phylogenies by using X-ray 3D microtomography, and to link this evolution with diet and ecology.

Le projet INDESO (Développement de l'océanographie spatiale en Indonésie) en collaboration entre le gouvernement indonésien (Ministère des affaires maritimes et des pêches - MMAF) et la société française CLS (Collecte Localisation Satellite) promeut l'utilisation des technologies spatiales pour la surveillance des côtes et des mers indonésiennes. Cette thèse fait partie du volet sur la surveillance des récifs coralliens, mené par l'IRD (Institut de Recherche pour le Développement). L'objectif principal était de déterminer si les habitats des récifs coralliens dans l'île de Bunaken dans le nord de Sulawesi sont résilients, en utilisant i) des cartes d'habitat nouvellement conçues, ii) des données in situ et une série chronologique de 15 ans unique d'images satellites de différents capteurs très haute résolution (THR), iii) des données auxiliaires qui pourraient expliquer les changements détectés. Les résultats comprennent des cartes très détaillées de l'habitat des récifs de Bunaken (194 polygones cartographiés et un recensement de 175 habitats). L'influence de la chute du niveau de la mer sur la mortalité des coraux pendant l'événement El Niño de 2015-2016 est présentée en détail, et l'importance de ce processus est également discutée à partir de l'interprétation d'une série chronologique unique de 15 ans d'images THR. La série temporelle met en évidence des trajectoires très différentes des habitats coralliens. Nous avons conclu que le récif de Bunaken démontre une capacité de résilience et sans déphasage, mais qu'un diagnostic définitif de sa résilience reste difficile à déterminer par imagerie. Des trajectoires de l'habitat ne peuvent pas être totalement interprétées sans changer certains paradigmes de surveillance, et sans utiliser une combinaison d'observations de télédétection et de données in situ. / The INDESO (Infrastructure Development of Space Oceanography) project, in collaboration with the Indonesian Government (Ministry of Marine Affairs and Fisheries - MMAF) and the French company CLS (Collecte Localisation Satellites), promotes the use of space technologies for monitoring coastlines and Indonesian seas. This thesis is part of coral reef monitoring component, led by the IRD (Institute de Recherche pour le Développement). The main objective was to determine wether coral reef habitats on Bunaken Island in Northern Sulawesi are resilient, using (i) newly desgined habitat maps, (ii) in situ data, and a unique 15-year time series of satellite images of different very high resolution (VHR) sensors, and (iii) ancillary data that could explain the changes detected. The results include highly detailed maps of the Bunaken reefs habitat (194 polygons mapped and a census of 175 habitats). The influence of sea level fall on coral mortality during the El-Nino event of 2015 - 2016 is presented in detail, and the importance of this process is also discussed from the interpretation of a unique time series of 15 years of VHR images. The temporal series reveals very different trajectories of the coral habitats. We conclude that Bunaken reefs demonstrate an ability to resileince and without phase shift, but that a definitive diagnosis of their resilience remains difficult to determine by imagery. Habitat trajectories can not be fully interpreted without changing some monitoring paradigms and without using a combination of remote sensing and in situ data.

L'environnement côtier de l'île de Mayotte (nord du canal du Mozambique, océan Indien) se caractérise par l'existence d'un vaste complexe récifo-lagonaire au sein duquel se développe un littoral particulièrement diversifié et marqué par la présence de nombreuses mangroves. Plusieurs campagnes de mesures hydrodynamiques et d'observations morphologiques ont été effectuées afin d'apporter des éléments de compréhension sur l'évolution et le fonctionnement morphodynamique de ce type de littoral mixte à mangroves et récifs coralliens. Les observations de terrain conjuguées à une analyse diachronique de photographies aériennes ont permis de montrer le caractère très variable de la dynamique des mangroves avec une progression ou une stabilité au nord et à l'est de l'île, et inversement, une évolution nettement régressive au sud et à l'ouest. Les mesures hydrodynamiques ont donné lieu à une analyse des paramètres de houle et de courant en se focalisant sur leurs variabilités spatiales et temporelles. Les résultats obtenus montrent l'importance de l'architecture récifale sur les processus hydrosédimentaires et le développement des formes littorales. L'évolution et la dynamique des mangroves de Mayotte apparaissent ainsi fortement influencées par les caractéristiques morphologiques des structures récifales amont qui engendrent une plus forte vulnérabilité des mangroves du sud et de l'ouest face à une déstabilisation naturelle ou anthropique. La disparition des formations végétales des mangroves du sud et de l'ouest de l'île entraine une réorganisation des répartitions sédimentaires et la mise en place de nouveaux systèmes de fonctionnement morphodynamique. L'ampleur des phénomènes constatés a montré la nécessité de mettre en place un observatoire opérationnel de surveillance de la dynamique côtière. Cet outil, basé sur un réseau de mesures et d'observations de terrain et sur la réalisation d'un Système d'Information Géographique (SIG), a pour but de favoriser le suivi et l'évaluation de l'état du littoral. Dans un contexte local de fort développement et dans celui, plus global, de mutations environnementales, cet outil de surveillance et d'analyse permet une meilleure compréhension de la morphodynamique des côtes mahoraises et apporte une aide à la décision et à la gouvernance afin d'orienter les politiques de gestion de ce milieu fragile, à forts enjeux et en constante évolution.

Biodiversité élevée, complexité des réseaux trophiques et des interactions biotiques, forte productivité, source de produits et de richesses, protection du littoral ... sont quelques unes des caractéristiques emblématiques des écosystèmes coralliens. Cette prodigieuse diversité est largement liée à la biologie particulière des principaux bioconstructeurs du récif, les coraux hermatypiques et leurs zooxanthelles symbiotiques. Mais depuis quelques décennies, la plupart des récifs sont durement affectés par diverses perturbations d'origine naturelle ou anthropique, dont l'intensité et la fréquence augmentent, en lien avec le changement climatique global pour certaines d'entre elles. Parmi ces perturbations, le blanchissement corallien (perte de zooxanthelles symbiotiques et/ou de leurs pigments photosynthétiques) et les maladies coralliennes ont engendré une mortalité importante, parfois massive, des coraux. Le dernier bilan de l'état de santé des récifs à l'échelle planétaire réalisé en 2008 est particulièrement préoccupant : 19% des récifs sont complètement détruits, 20% présentent tous les symptômes d'une destruction imminente, et 20% sont considérés comme menacés dans les décennies à venir. Dans ce contexte, l'ambition de ce travail est d'améliorer les connaissances sur les méchanismes physiologiques et transcriptomiques des coraux soumis à des stress thermiques conduisant au blanchissement, et à des stress biotiques d'origine bactérienne. L'objectif est également de fournir des bases solides pour la mise en oeuvre de biomarqueurs pertinents pour le suivi de l'état de santé des coraux et la prédiction précoce des perturbations. Ce travail a porté sur le corail scléractiniaire Pocillopora damicornis et la bactérie Vibrio coralliilyticus, et a mis en oeuvre des expérimentations "écologiquement réalistes" de stress en milieu contrôlé. Dans une première étude, des colonies de P. damicornis ont été confrontées à une montée graduelle de la température (28 à 32°C) sur une période de 15 jours. Les ARNms différentiellement exprimés (entre conditions stressées et non stressées) ont été isolés par hybridation soustractive et les taux de transcription des gènes les plus intéressants ont été quantifiés par RT-PCR-quantitative. Ces approches ont révélé 2 candidats présentant une répression drastique de leur expression 6 jours avant les premiers symptômes visibles du blanchissement. Des expériences de RACE-PCR ont montré que l'un d'entre eux (PdC-Lectin) contient un domaine lectine de type C présentant une spécificité de reconnaissance pour le mannose. Les expériences d'immuno-localisation ont démontré que cette protéine hôte était potentiellement le médiateur moléculaire des interactions hôte/symbiote, suggérant un rôle dans l'acquisition ou la séquestration des symbiotes. Le second gène (Pdcyst-rich) code une protéine potentiellement impliquée dans les mécanismes de calcification. Sa répression pourrait être le reflet d'un mécanisme de type trade off conduisant à l'arrêt de la croissance durant le stress. La seconde étude a examiné les réponses de P. damicornis confronté à son pathogène spécifique V. coralliilyticus, dans un état virulent (augmentation de la température) et non virulent (température stable). Le processus infectieux a été examiné par microscopie électronique et RT-PCR-quantitative alors que l'état général des coraux a été évalué par des observations visuelles et des mesures de la densité en zooxanthelles. Les résultats montrent que l'infection ne s'est développée qu'après augmentation de la témpérature. Au sein de nombreuses EST obtenues par hybridations soustractives, 6 gènes candidats ont été sélectionnés pour leur implication potentielle dans les mécanismes de la réponse immunitaire, et leur expression a été mesurée tout au long des cinétiques d'interactions virulences et avirulentes (RT-PCR-quantitative). Parmi ces gènes, 3 appartiennent à la famille des lectines, 2 codes des protéines fixant des éléments métalliques et le dernier code un inhibiteur de protéase. L'analyse de leurs patterns de transcription a permis de mieux comprendre la réponse immunitaire du corail, mais aussi l'impact du vibrio sur son hôte. Enfin, la dernière étude a spécifiquement porté sur la caractérisation du premier peptide antimicrobien (AMP) de scléractiniaires, la damicronin de P. damicornis. Nos résultats montrent que la damicornin est constitutivement transcrite dans des cellules granulaires de l'ectoderme oral et stockée sous forme inactive dans les granules. Lors d'un stimulus immun, la damicornin est sécrétée et activée. Nos résultats montrent également que la transcription de la damicornin est réprimée par V. coralliilyticus lorsque ce dernier s'installe dans les tissus coralliens, ce qui semble être le premier exemple de répression d'un AMP lors d'une interaction hôte/Vibrio. Finalement ce sont donc 9 biomarqueurs de stress environnementaux qui ont été identifiés, 2 présentent une répression précoce de leur expression lors d'un stress thermique inducteur de blanchissement et 7 répondent à des stress bactériens. Pour ces derniers, selon l'association de biomarqueurs utilisée il est possible de distinguer des coraux confrontés à des interactions de type avirulente ou virulente. Maintenant que ces biomarqueurs sont identifiés, il apparaît nécessaire de passer aux étapes de validations. Ces dernières auront pour but de quantifier la variabilityé d'expression de ces biomarqueurs à différentes échelles, mais aussi de définir une ligne de base, indispensable pour suivre l'état de santé des coraux à l'aide de ces biomarqueurs. Au terme de ce travail, il apparaît particulièrement judicieux de se pencher sur l'implication des mécanismes épigénétiques dans l'adaptation fonctionnelle des coraux en réponse aux stress environnementaux. L'étude des liens entre l'immunité et la symbiose, marquée ici par les implications différentes d'un même gène (PdC-Lectin) dans ces fonctions, nous paraît également une voie de recherche prometteuse. Enfin, il conviendrait d'étudier l'effet d'un stress acide, ce qui serait particulièrement judicieux dans le contexte actuel d'acidification des océans.

Intégrer les connaissances sur la connectivité écologique dans la gestion des écosystèmes marins est essentiel, surtout dans un contexte d'appauvrissement des ressources marines et de dégradation des habitats côtiers à l'échelle mondiale. Des outils environnementaux, tels que les Aires Marines Protégées ont été mises en œuvre pour protéger la biodiversité, restaurer les écosystèmes endommagés, soutenir les pêcheries et reconstituer les stocks surexploités. Leur efficacité dépend en partie du maintien de la connectivité entre les populations marines, assurée à travers divers processus écologiques dont la dispersion larvaire. Dans le cadre de ce travail de thèse, un modèle biophysique intégrant des données de courants, issues de mesures d'altimétrie par satellite, a été utilisé pour évaluer la connectivité entre les récifs de l'océan Indien d'une part, et à travers le réseau d'AMP de Méditerranée d'autre part. Différentes méthodes d'analyse ont été utilisées, telles que la théorie des graphes et le clustering. Dans l'océan Indien occidental, l'analyse des connectivités marines montre que le nombre de connexions entre les récifs augmente avec la durée de vie larvaire des poissons. Elle met également en évidence une faible connectivité à l'échelle de la région, mais une forte inter-connectivité au sein de plusieurs sous-régions (Canal du Mozambique, Mascareignes). En Méditerranée, la connectance est globalement faible à l'échelle régionale, bien que plus importante dans le bassin occidental que le bassin oriental. L'analyse des connectivités marines montre également un taux de connectivité élevé à l'échelle d'un même pays. Selon le cas d'étude, une liste de récifs ou de sites prioritaires dans la mise en œuvre des AMP a été proposée. Enfin, les implications de ces résultats en termes de politiques transfrontalières et de coopération régionale sont discutées. / Integrating ecological connectivity into marine ecosystem management and planning is important, especially in a global context of severe fish stocks depletion and growing habitat degradation. Environmental tools such as Marine Protected Areas have been proposed to protect biodiversity, restore damaged ecosystems, sustain fisheries, and rebuild overexploited stocks. The effectiveness of marine protected areas depends in part on the maintenance of connectivity between marine populations, linked by ecological processes such as larval dispersal. In this thesis, we applied a biophysical model driven by ocean currents derived from satellite altimetry to evaluate connectivity between Western Indian Ocean reefs and across the current MPA system in the Mediterranean Sea. We applied different methods of analysis such as graph-theoretic and clustering. In the Western Indian Ocean, marine connectivity analyses show that the number of connections between reefs increases with fish pelagic larval duration. It also highlights a low connectivity across the region and a high interconnectivity within several regions (Mozambique Channel, Mascarene archipelago). In the Mediterranean Sea, connectance is globally low at the regional scale. This connectance is more important in Western than Eastern Mediterranean. Moreover, the marine connectivity analyses revealed high domestic connectivity rates. Depending on the study area, priority reefs or sites for MPA implementation are proposed. Finally, implications for transboundary marine policies and regional cooperation are discussed.

Cette étude a pour but de comparer la reproduction et le recrutement des coraux entre les récifs subtropicaux d'Afrique du Sud et les récifs tropicaux de la Réunion représentant des milieux contrastés. D'autres part, afin de simuler le réchauffement climatique, l'effet de l'augmentation de la température de l'eau en aquarium a été testé sur le développement des larves et les juvéniles de coraux. Les deux espèces étudiées, Acropora austera et Platygyra daedalea ont un mode de reproduction (hermaphrodite ‘pondeur’), un développement des gamètes (5-6 mois) et une période de reproduction (d'Octobre à Février) similaires en Afrique du Sud et à la Réunion. La fécondité de ces coraux est néanmoins supérieure en Afrique du Sud par rapport à la Réunion. Les deux espèces produisent 43-100% plus d'ovocytes en Afrique du Sud qu'à la Réunion. Le taux de recrutement des coraux est aussi supérieur sur les récifs subtropicaux d'Afrique du Sud (548 recrues m2 an-1) comparé à ceux de la Réunion (305 recrues m2 an-1). Le recrutement est dominé par les Pocilloporidae dans les deux régions, suivis par les Acroporidae en Afrique du Sud et les Poritidae à la Réunion. En Afrique du Sud, l'augmentation de la température de l'eau de 2°C a une influence négative sur le développement larvaire du sensible A. austera alors que P. daedalea est plus vigoureux et supporte des températures de 4°C supérieures à la normale (30°C). À la Réunion, le faible taux de fécondité et de recrutement semble être un indicateur de perturbation des récifs. Au contraire en Afrique du Sud, l'effort de reproduction des coraux et l'important approvisionnement en larves, associés à la faible anthropisation des récifs, pourraient favoriser l'adaptation des coraux aux changements climatiques dans une certaine limite. / Coral reproduction and recruitment in Scleractinia were compared between the subtropical reefs of South Africa and the tropical reefs of Reunion to assess variations between contrasting environments. In addition, coral larvae and juvenile polyps were exposed to elevated temperature in aquarium to simulate global warming. The two targeted species, Acropora austera and Platygyra daedalea, exhibited the same reproductive mode (hermaphroditic broadcast spawner), gamete development (5-6 months) and breeding seasonality (October to February) in South Africa and Reunion. Coral fecundity was nevertheless higher in South Africa than in Reunion. A. austera and P. certaine limite.AbstractCoral reproduction and recruitment in Scleractinia were compared between the subtropical reefs of South Africa and the tropical reefs of Reunion to assess variations between contrasting environments. In addition, coral larvae and juvenile polyps were exposed to elevated temperature in aquarium to simulate global warming. The two targeted species, Acropora austera and Platygyra daedalea, exhibited the same reproductive mode (hermaphroditic broadcast spawner), gamete development (5-6 months) and breeding seasonality (October to February) in South Africa and Reunion. Coral fecundity was nevertheless higher in South Africa than in Reunion. A. austera and P. daedalea produced respectively 43 and 100% more oocytes per polyp than their Reunion counterparts. The recruitment rate was also higher on the subtropical reefs of South Africa (548 recruits m2 year-1) compared to Reunion (305 recruits m2 year-1). Recruitment was dominated by Pocilloporidae at the two localities, followed by Acroporidae in South Africa and Poritidae in Reunion. In South Africa, an increase in sea temperature of 2°C strongly affected the larval development of the sensitive A. austera, while the more robust P. daedalea sustained temperatures up to 4°C (i.e. 30°C) above ambient. In Reunion, diminished fecundity and recruitment rate seemed to be an indicator of reef perturbation. In contrast in South Africa, the high reproductive effort and larval supply in corals associated with the low levels of disturbance on the reefs may favour coral adaptation, to some extent, under global change.

Bilan sur la faune carcinologique (Decapoda & Stomatopoda) des îles de Polynésie française : historique des recherches, inventaire à jour avec plus de 900 espèces, écologie des principaux taxons, importance économique, bibliographie.

L'équilibre densitaire entre l'eau douce et l'eau salée dans les aquifères côtiers est un phénomène instable difficile à caractériser. La validation des modèles hydrogéologiques 2D/3D reste alors délicate sur la seule base de données ponctuelles d'observation en forages. Dans ce but, la tomographie de résistivité électrique (ERT) constitue une technique d'investigation pertinente pour la caractérisation haute résolution de la distribution 2D/3D du sel au sein de l'aquifère.<br />Une méthodologie de validation croisée entre les modèles géo-électriques et les modèles d'écoulement densitaire a été développée. Dans un premier temps, l'interprétation par modélisation inverse des mesures ERT fournit des informations pertinentes pour la structuration et le paramétrage des modèles hydrogéologiques (géométrie du réservoir, vitesses d'écoulement, etc.). Dans un deuxième temps, une validation qualitative est obtenue par comparaison entre la distribution des salinités interprétée d'après les résultats du modèle géo-électrique d'inversion et celle simulée par le modèle d'écoulement densitaire. Enfin, une validation quantitative est obtenue par comparaison entre la réponse géo-électrique théorique des salinités simulées par le modèle hydrogéologique (préalablement transformées en résistivité par application d'un modèle hydro-pétrophysique) et les mesures ERT acquises sur le terrain.<br />La fiabilité de la méthode a été précisée par des analyses de sensibilité conduites sur les différents modèles utilisés (géo-électrique, hydrogéologique et hydro-pétrophysique) et son applicabilité a été testée sur trois contextes hydrogéologiques et climatiques différents. Ainsi, aux Îles-de-la-Madeleine (Canada), les remontées salines sous les captages d'eau ont été caractérisées. Sur l'îlot M'Ba (Nouvelle-Calédonie), les variations spatiales de la recharge contrôlant le développement de la lentille d'eau douce ont été évaluées. Enfin, sur le tombolo de Pikine (Sénégal), les phénomènes évapotranspiratoires et concentrateurs intenses affectant les dépressions inter-dunaires ont été quantifiés.