Les écosystèmes procurent de nombreux services essentiels aux sociétés humaines à travers les effets positifs de la biodiversité des communautés d'espèces. Par conséquent, identifier le rôle des organismes vivants et les facteurs influençant la diversité de leurs fonctions (ou diversité fonctionnelle), est indispensable pour prédire efficacement l'évolution des écosystèmes soumis aux pressions locales et globales.Cette thèse s'articule donc autour de deux axes: (i) établir un cadre méthodologique pour décrire la structure fonctionnelle locale et régionale des communautés, et (ii) améliorer la connaissance de l'impact des poissons sur la dégradation de la matière organique.Dans un premier temps, nous avons consolidé les outils méthodologiques permettant (i) d'améliorer la fiabilité des dendrogrammes fonctionnels, (ii) l'étude comparative des principaux indices de diversité fonctionnelle à l'échelle locale, et (iii) le développement d'une nouvelle décomposition de la diversité fonctionnelle en composantes locale (α), régionale (γ) et turnover (β). Appliqué aux communautés ichthyologiques échantillonnés le long d'un gradient de salinité, dans le système lagunaire de Patos-Mirim (Brésil), ce socle méthodologique nous a permis de révéler une structure fonctionnelle stable le long du gradient, en dépit d'une forte variabilité en composition d'espèces, ces communautés étant structurées majoritairement par un filtre environnemental agissant sur les capacités de locomotion des poissons.Dans un second temps, nous avons étudié l'impact des communautés ichthyologiques sur le cycle des nutriments. Plus précisément, nous avons estimé le potentiel de dégradation de la matière organique de plusieurs espèces de poissons, en étudiant la diversité fonctionnelle et génétique de leur flore bactérienne intestinale. Nous avons montré que les communautés ichthyologiques pouvaient influencer le recyclage des nutriments de façon non négligeable en raison d'un important potentiel de dégradation commun à la plupart des espèces étudiées, ce potentiel étant peu affecté par la diversité génétique ou les facteurs environnementaux. / Ecosystems provide many services essential to Human societies through the positive effects of biodiversity exhibited by species communities. Therefore, identifying the role of living organisms and the factors influencing the diversity of their functions (i.e. functional diversity) is fundamental to accurately predict the evolution of ecosystems undergoing local and global pressures.This thesis is organized around two axes: (i) establishing a methodological framework to describe the functional structure of local and regional communities, and (ii) improving our knowledge of the impact of fish on the degradation of organic matter.First, we have consolidated the methodological tools through (i) the improvement of functional dendrograms reliability, (ii) the comparative study of the main indices estimating local functional diversity, and (iii) the development of a new decomposition of functional diversity into local (α) and regional (γ) components, and functional turnover (β). Applied to fish assemblages sampled along a salinity gradient in Patos-Mirim lagoons complex (Brazil), this methodological framework allowed us to reveal a steady functional structure, despite a high variability in species composition, these communities being primarily structured by environmental filtering acting on fish locomotion abilities.   In a second step, we studied the impact of fish communities on nutrient cycling. More specifically, we estimated degradation of organic matter potential of several fish species by studying the genetic and functional diversity of their intestinal bacterial flora. We showed that the fish community could significantly influence nutrient cycling through an important degradation potential, common to most species studied, which is weakly affected by genetic diversity or environmental factors.

It is increasingly being recognized that the soil microbes can mineralize recalcitrant soil organic matter (SOM) by using the fresh carbon (C) as a source of energy, a process called priming effect (PE). It has been shown mostly in lab incubations that PE can have important consequences for sequestration of organic C in soils. However, the importance of PE in C and N dynamics of ecosystems remains little known. The soil-plant interactions and rhizospheric processes can modulate the rates of PE and its consequences on C and N dynamics in an ecosystem. The objective of this thesis was to determine the role of PE in the C and N dynamics of permanent grasslands and the modulation of this role in response to management (plant clipping, fertilization) and global warming. Moreover, it was aimed to identify the microbial groups involved in PE and to unravel the way, e.g. absorption of N, root exudations and litter deposition, by which plant can induce PE. The thesis was based on a new approach allowing continuous dual labelling of multiple grassland plants with 13C- and 14C-CO2. The dual labelling permitted the separation of soil-derived CO2 from plant-derived CO2, the calculation of PE and the determination of mean age of soil-derived CO2-C. Moreover, phospholipids fatty-acids analysis (PLFA) permitted to correlate the variation of PE with changes in microbial community composition. Our work showed that the increased SOM mineralization under grasses was consistently two to three times more than that in bare soils (i.e. PE) over long term (511 days). This reveals that the PE plays key role in ecosystem CO2-C flux and indicates that a very large pool of SOM is under the control of PE. Moreover, we report that 15,000 years old organic C from an undisturbed deep soil can be mineralized after the supply of fresh C by living plants to soil microbes. This result supports the idea that the SOM in deep soils is stable due to the energy-limitation of microbes and the ‘inert' pool of organic C defined in current models is not so ‘inert' finally. The supply of N in soil-plant system through the use of fertilizer or legume decreased the PE suggesting that the C storage in soils is limited by nutrient supply. Similarly, plant clipping reduced the plant N uptake thereby PE. Collectively these results suggest synchronization between plant N uptake and SOM mineralization supporting the idea that soils under permanent plant cover function as a bank of nutrients for the plant, maximizing plant productivity and nutrient retention. An innovative method clearly showed that the root exudation is the major way by which grassland plants induce PE. Moreover, saprophytic fungi are suggested as the key actors in the mineralization of recalcitrant SOM & PE. Lastly, we developed a new theory on temperature response of SOM mineralization by taking into account the energy-limitation of microbes and the temperature-dependent inactivation of enzymes. This theory predicts a negative relationship between temperature and mineralization of recalcitrant SOM, which was supported by experimental results. This finding challenges the classical paradigm of positive relationship between temperature and recalcitrant SOM mineralization. Overall, these investigations on plant-soil systems reinforce the idea that PE and underlying mechanisms play a key role in ecosystem C and N dynamics and even suggest that this role was underestimated in lab experiments. / It is increasingly being recognized that the soil microbes can mineralize recalcitrant soil organic matter (SOM) by using the fresh carbon (C) as a source of energy, a process called priming effect (PE). It has been shown mostly in lab incubations that PE can have important consequences for sequestration of organic C in soils. However, the importance of PE in C and N dynamics of ecosystems remains little known. The soil-plant interactions and rhizospheric processes can modulate the rates of PE and its consequences on C and N dynamics in an ecosystem. The objective of this thesis was to determine the role of PE in the C and N dynamics of permanent grasslands and the modulation of this role in response to management (plant clipping, fertilization) and global warming. Moreover, it was aimed to identify the microbial groups involved in PE and to unravel the way, e.g. absorption of N, root exudations and litter deposition, by which plant can induce PE. The thesis was based on a new approach allowing continuous dual labelling of multiple grassland plants with 13C- and 14C-CO2. The dual labelling permitted the separation of soil-derived CO2 from plant-derived CO2, the calculation of PE and the determination of mean age of soil-derived CO2-C. Moreover, phospholipids fatty-acids analysis (PLFA) permitted to correlate the variation of PE with changes in microbial community composition. Our work showed that the increased SOM mineralization under grasses was consistently two to three times more than that in bare soils (i.e. PE) over long term (511 days). This reveals that the PE plays key role in ecosystem CO2-C flux and indicates that a very large pool of SOM is under the control of PE. Moreover, we report that 15,000 years old organic C from an undisturbed deep soil can be mineralized after the supply of fresh C by living plants to soil microbes. This result supports the idea that the SOM in deep soils is stable due to the energy-limitation of microbes and the ‘inert' pool of organic C defined in current models is not so ‘inert' finally. The supply of N in soil-plant system through the use of fertilizer or legume decreased the PE suggesting that the C storage in soils is limited by nutrient supply. Similarly, plant clipping reduced the plant N uptake thereby PE. Collectively these results suggest synchronization between plant N uptake and SOM mineralization supporting the idea that soils under permanent plant cover function as a bank of nutrients for the plant, maximizing plant productivity and nutrient retention. An innovative method clearly showed that the root exudation is the major way by which grassland plants induce PE. Moreover, saprophytic fungi are suggested as the key actors in the mineralization of recalcitrant SOM & PE. Lastly, we developed a new theory on temperature response of SOM mineralization by taking into account the energy-limitation of microbes and the temperature-dependent inactivation of enzymes. This theory predicts a negative relationship between temperature and mineralization of recalcitrant SOM, which was supported by experimental results. This finding challenges the classical paradigm of positive relationship between temperature and recalcitrant SOM mineralization. Overall, these investigations on plant-soil systems reinforce the idea that PE and underlying mechanisms play a key role in ecosystem C and N dynamics and even suggest that this role was underestimated in lab experiments.

It is increasingly being recognized that the soil microbes can mineralize recalcitrant soil organic matter (SOM) by using the fresh carbon (C) as a source of energy, a process called priming effect (PE). It has been shown mostly in lab incubations that PE can have important consequences for sequestration of organic C in soils. However, the importance of PE in C and N dynamics of ecosystems remains little known. The soil-plant interactions and rhizospheric processes can modulate the rates of PE and its consequences on C and N dynamics in an ecosystem. The objective of this thesis was to determine the role of PE in the C and N dynamics of permanent grasslands and the modulation of this role in response to management (plant clipping, fertilization) and global warming. Moreover, it was aimed to identify the microbial groups involved in PE and to unravel the way, e.g. absorption of N, root exudations and litter deposition, by which plant can induce PE. The thesis was based on a new approach allowing continuous dual labelling of multiple grassland plants with 13C- and 14C-CO2. The dual labelling permitted the separation of soil-derived CO2 from plant-derived CO2, the calculation of PE and the determination of mean age of soil-derived CO2-C. Moreover, phospholipids fatty-acids analysis (PLFA) permitted to correlate the variation of PE with changes in microbial community composition. Our work showed that the increased SOM mineralization under grasses was consistently two to three times more than that in bare soils (i.e. PE) over long term (511 days). This reveals that the PE plays key role in ecosystem CO2-C flux and indicates that a very large pool of SOM is under the control of PE. Moreover, we report that 15,000 years old organic C from an undisturbed deep soil can be mineralized after the supply of fresh C by living plants to soil microbes. This result supports the idea that the SOM in deep soils is stable due to the energy-limitation of microbes and the 'inert' pool of organic C defined in current models is not so 'inert' finally. The supply of N in soil-plant system through the use of fertilizer or legume decreased the PE suggesting that the C storage in soils is limited by nutrient supply. Similarly, plant clipping reduced the plant N uptake thereby PE. Collectively these results suggest synchronization between plant N uptake and SOM mineralization supporting the idea that soils under permanent plant cover function as a bank of nutrients for the plant, maximizing plant productivity and nutrient retention. An innovative method clearly showed that the root exudation is the major way by which grassland plants induce PE. Moreover, saprophytic fungi are suggested as the key actors in the mineralization of recalcitrant SOM & PE. Lastly, we developed a new theory on temperature response of SOM mineralization by taking into account the energy-limitation of microbes and the temperature-dependent inactivation of enzymes. This theory predicts a negative relationship between temperature and mineralization of recalcitrant SOM, which was supported by experimental results. This finding challenges the classical paradigm of positive relationship between temperature and recalcitrant SOM mineralization. Overall, these investigations on plant-soil systems reinforce the idea that PE and underlying mechanisms play a key role in ecosystem C and N dynamics and even suggest that this role was underestimated in lab experiments.

Les cycles du carbone et des nutriments des lacs sont en partie contrôlés par la sédimentation, les apports de matières terrestres, les réseaux trophiques et les interactions entre ces compartiments et processus. Les sédiments et les matières terrestres sont des sources de matière organique et de nutriments pour les écosystèmes aquatiques qui peuvent avoir un effet ascendant sur les communautés pélagiques. Les prédateurs de sommets de chaînes exercent quant à eux un contrôle descendant sur le cycle des nutriments aquatiques et sur le processus de sédimentation, via la modification des transferts de matière au sein des réseaux trophiques. Cette étude a permis de montrer que la structure du réseau trophique, en modifiant le contrôle des producteurs primaires par leurs consommateurs, influe sur les compositions élémentaire et biochimique (acides carboxyliques polyinsaturés, stérols, dérivés de la chlorophylle, protéines et sucres) de la matière organique qui sédimente et sur sa biodégradabilité. Cette modification de biodégradabilité influence en retour les biomasses du seston, du zooplancton, ou des poissons. Les matières organiques d'origines différentes (autochtone et allochtone) étudiées ont des effets contrastés sur les compositions élémentaires du seston, du zooplancton et des sédiments récemment déposés, mais très peu d'impact sur la composition des biomarqueurs lipidiques de ces compartiments. Les effets ascendants sur la structure des réseaux trophiques pélagiques des apports de matière organique sous forme de sédiment ou de terre se sont avérés assez mineurs comparés à ceux induits par la modification de la structure des réseaux trophiques aquatiques.

Les systèmes agro-sylvo-pastoraux (SASP) d’Afrique de l’Ouest sont des agro-écosystèmes limités en biomasses et en nutriments. Le recyclage des nutriments et les transferts de fertilité sont traditionnellement rythmés par la mobilité des troupeaux de ruminants conduits en extensif. Les agro-éleveurs pratiquent le parcage nocturne de leurs troupeaux pour concentrer la matière organique, dans les champs à proximité des habitations afin de sécuriser une production vivrière suffisante à leurs besoins. Dans un contexte de croissance démographique et de réduction des parcours naturels au profit des zones cultivées, le système d’élevage « traditionnel », basé sur une forte mobilité intra-terroir villageois, est remis en cause. Les stratégies adoptées par les agro-éleveurs sont, soit (i) l’éloignement des troupeaux du terroir villageois pendant des périodes plus ou moins longues par des pratiques de transhumance saisonnière vers des régions moins peuplées et disposant de davantage de ressources fourragères ; soit (ii) plus récemment, des pratiques d’intensification avec des animaux gardés à l’étable au sein du terroir villageois et nourris avec des aliments concentrés, achetés sur le marché local. Ces changements de systèmes d’élevage ont possiblement des conséquences importantes sur les flux de biomasses et les cycles des nutriments au niveau du ménage et du territoire. Il convenait de les évaluer en termes d’impacts sur le fonctionnement et la durabilité des SASP. A cet effet, le modèle multi-agents TERROIR a été développé et implémenté sur la plateforme de modélisation GAMA. Il simule l’effet de changements dans l’organisation du paysage et des systèmes d’élevage sur les flux de biomasse et d’azote aux différents niveaux d’organisation du territoire : la parcelle, le troupeau, le ménage et le terroir villageois. Le modèle simule les échanges de biomasses entre une centaine de ménages comportant des stratégies et des pratiques différentes. Cela inclut les transferts spatiaux de biomasses orchestrés par plusieurs centaines de troupeaux se déplaçant de façon indépendante sur un millier de parcelles. Le modèle synthétise ces flux par un ensemble d’indicateurs issus de deux méthodes d’analyse (« Ecological Network Analysis » et « System Gate Balance ») pour décrire la structure, le fonctionnement et la durabilité de l’agroécosystème, en termes de productivité, d’efficience, d’autonomie, de recyclage, de transferts spatiaux et de bilan de nutriments. Le modèle a été conçu et paramétré à partir des données disponibles sur les agroécosystèmes de savane en Afrique de l’Ouest et il a été évalué à partir des données observées dans deux terroirs villageois du bassin Arachidier au Sénégal où les pratiques des agro-éleveurs sont particulièrement contrastées.Le modèle TERROIR a été utilisé pour explorer les impacts des dynamiques territoriales observées sur la période 1920-2015 dans le bassin Arachidier au Sénégal, une zone agricole à transition agraire rapide et avancée. Les résultats soulignent une réorganisation du cycle de l’azote et une tendance générale à l’intensification des flux et à l’augmentation de la dépendance des agroécosystèmes vis-à-vis de sources extérieures de nutriments. Cependant, le recyclage et les transferts spatiaux de nutriments internes aux agrosystèmes restent à des niveaux élevés. L’intégration sol-plantes-animaux-hommes et l’hétérogénéité spatiale de la répartition des ressources fertilisantes apparaissent comme deux propriétés persistantes des agro-écosystèmes étudiés. Consolider cette intégration et cette organisation spatiale seraient ainsi un gage pour la durabilité des futurs systèmes agricoles qui émergeront dans un contexte de poursuite de la forte croissance démographique et de changement climatique. / Agro-sylvo-pastoral systems (systèmes agro-sylvo-pastoraux - SASP) of West Africa are agroecosystems limited in biomass and nutrients. Nutrient recycling and fertility transfer are traditionally driven by the mobility of ruminant herds led in extensive practices. Agro-pastoralists practice night corralling of their herds to concentrate the organic matter in the fields near the houses, in order to secure a sufficient food production for their needs. In a context of demographic growth and the reduction of natural rangelands in favor of cultivated areas, the "traditional" mobile livestock system, based on high mobility within the village is being called into question. The strategies adopted by the agro-pastoralists are: (i) keeping the herds away from the village for periods of varying lengths, by seasonal transhumance in less populated regions where forage resources are more important, or (ii) more recently, intensified practices with animals kept in the barn within the village and fed with concentrate feeds, bought on the local markets. These changes in livestock systems may have important consequences for biomass flows and nutrient cycling at the household and village landscape level. There was a need to assess their impact on the functioning and sustainability of SASP.To this end, the TERROIR multi-agent model has been developed and implemented on the GAMA modeling platform. It simulates the effect of changes in the organization of the landscape and livestock systems on biomass and nitrogen flows at different levels of organization in the village: plot, herd, household, village landscape. The model simulates the exchanges of biomasses between dozens of households with different strategies and practices. It includes the spatial transfers of biomasses between several hundred plots orchestrated by dozens of herds moving independently. The model synthesizes these flows with a set of indicators from two methods of analysis (Ecological Network Analysis and System Gate Balance) to describe the structure, functioning and sustainability of the agroecosystem, in terms of productivity, efficiency, autonomy, recycling, spatial transfers and nutrient balance. The model was designed and configured with available data on savannah agroecosystems in West Africa. It was evaluated from data observed in two villages of the Groundnut Basin in Senegal where the practices of agro-pastoralists are particularly contrasted. The TERROIR model was developed and implemented to explore the impacts of the village dynamics observed over the period 1920-2015 in the Groundnut Basin in Senegal, an agricultural zone in fast and advanced agrarian transition. The results highlight a reorganization of the nitrogen cycle and a general trend towards increased flows and increased dependence of agroecosystems on external sources of nutrients. However, the recycling and spatial transfers of nutrients internal to agroecosystems remain at high levels. The soil-plant-animal-human integration and the spatial heterogeneity of the distribution of fertilizing resources appear as two persistent properties of the studied agro-ecosystems. Consolidating this integration and spatial organization could guarantee for the sustainability of future farming systems that will emerge in a context of continued high-population growth and climate change.

Depuis que la Communauté européenne a interdit la mise en décharge des déchets non ultimes, la recherche de nouveaux débouchés pour les boues d'épuration devient cruciale. En région méditerranéenne, les feux récurrents et les précipitations parfois violentes favorisent l'érosion et induisent l'appauvrissement des sols. Les sols calcaires dégradés sont souvent colonisés par des formations végétales stables à Quercus coccifera, adaptées à un faible niveau de ressources, ce qui ralentit l'installation naturelle des arbres. Dans de tels milieux, un amendement organique pourrait améliorer la fertilité du sol, modifier la dynamique et les relations de dominance de la végétation, et favoriser les processus de succession et de résilience, ainsi que la reforestation. Deux expérimentations ont été menées en Provence pour étudier les effets d'apports de compost de boues d'épuration urbaines et de déchets verts sur la dynamique d'un écosystème de garrigue. Premièrement, 0, 50, et 100 t.ha-1 de compost brut ont été épandues en surface dans le biotope naturel de garrigue, et les conséquences sur le fonctionnement de l'écosystème ont été étudiées. Les compartiments sol, végétation et microorganismes de la litière ont été suivis pendant deux ans après amendement (2002-2004). Deuxièmement, nous avons incorporé au sol trois doses de compost brut (0, 20, et 40 kg.ha-1) au pied de jeunes plants d'arbres. L'évolution des propriétés édaphiques et du développement des arbres a été suivie respectivement pendant trois ans (2001-2003) et deux ans (2002-2003). L'amendement a durablement (2 ans) et efficacement amélioré la fertilité du sol. Cependant, le sol a été fortement enrichi en P et Zn, ce qui pourrait entraîner des problèmes sérieux de pollution des eaux et de toxicité sur les microorganismes. Ces deux éléments limitent l'utilisation de compost de boues dans les milieux naturels, et des amendements répétés aux doses étudiées sont inenvisageables. Dans la plantation, l'amendement a globalement favorisé le processus de reforestation en améliorant la nutrition et la croissance des plants, et surtout en augmentant leur survie en période de sécheresse. En outre, l'apport de compost en surface a généré l'apparition d'îlots fertiles dans le biotope garrigue, au sein desquels les processus de succession végétale pourraient être localement optimisés, ce qui pourrait favoriser à terme la colonisation par la strate arborée, notamment par Pinus halepensis. Par ailleurs, l'amendement augmente la diversité fonctionnelle en garrigue du fait de son effet bénéfique sur les espèces semencières, ce qui pourrait améliorer la résilience de l'écosystème après incendie. Ces effets bénéfiques du compost se produisent surtout pour les doses intermédiaires. L'utilisation de compost aux doses maximales testées devrait être abandonnée, du fait d'une dépréciation de la colonisation fongique de la litière de Quercus coccifera observée pour 100t.ha-1, et du fait d'une augmentation des risques de pollution par le P et le Zn proportionnellement au taux d'apport. Cependant, la nature calcaire du sol expérimental et la maturité élevée du compost ont limité les phénomènes d'exportation vers les eaux et la contamination des plantes par les éléments potentiellement toxiques. L'apport de compost en surface a plutôt augmenté la sensibilité des plantes à la sécheresse, alors que celle-ci a diminué lorsque le compost a été apporté en mélange au sol. Enfin, l'apport de compost en garrigue a eu des effets multiples (fertilisation, écrasement, dépôt d'une couche fertile) et a permis de mettre en évidence les stratégies spécifiques des plantes dans la gestion des nutriments et de la productivité. Ce travail montre l'importance relative des espèces végétales sur le fonctionnement de l'écosystème, identifie les espèces clef pour le recyclage des éléments, et illustre la complémentarité d'utilisation des ressources qui existe au sein de l'écosystème naturel de garrigue.

L'objectif de cette étude est de mieux comprendre comment la biodiversité influence le service de purification de la qualité de l'eau en tant que service de régulation capable de limiter la charge en polluants de l'eau naturelle. Peu d'études ont regardé comment les invertébrés (macro- et méio-faune) sont capables d'influencer le fonctionnement de la zone hyporhéique considérée, comme un réacteur biogéochimique contribuant largement au recyclage des nutriments. L'élimination du nitrate et la dénitrification sont utilisés comme indicateur de ce service dans les rivières afin de pouvoir suivre son évolution spatiale et temporelle. Dans cette thèse, la relation fonctionnelle entre le taux de réduction des nitrates et les organismes participant à l'expression de ce service est testée à différentes échelles d'étude allant du microcosme jusqu'à l'habitat hyporhéique d'un méandre de large rivière, la Garonne. Cette relation est mise en évidence dans une série de colonnes d'infiltration reproduisant le lit de rivière avec sa communauté benthique (projet Inbioprocess). Dans cette expérience, un gradient de biodiversité a été créé avec des combinaisons de communautés +/- biofilm, +/- méiofaune et +/- macrofaune pour tester leur influence sur l'élimination du nitrate avec et sans pesticides dans le cadre du projet Inbioprocess. Les résultats suggèrent l'influence des interactions entre communautés, sur le taux de réduction des nitrates qui est supérieur quand les invertébrés sont présents (11.8 ± 1.2) par comparaison avec les conditions sans invertébrés (7.7 ± 1.4 mg N l-1d-1 ; moyenne ± erreur standard (m ± ET)). Ces interactions ont également été suggérées comme favorisant le retour de la capacité de réduction des nitrates en présence de pesticides, utilisé comme source de stress, dans l'eau des microcosmes. Ces résultats de laboratoire montrent l'influence des interactions trophiques et non trophiques entre les différents niveaux trophiques de ce réseau, avec probablement l'implication des espèces les plus résistantes pour expliquer la capacité potentielle de résilience du système. L'existence de cette relation fonctionnelle de type "top-down" a ensuite été explorée en conditions in situ. Les taux de rétention mesurés dans 9 cours d'eau européens (projet STREAMES) ont été estimés à l'échelle du tronçon de rivière à 1.64 ± 2.39 (m ± ET) mg NO3--N m-2.min-1. L'influence des communautés d'invertébrés sur le taux de réduction des nitrates se révèle statistiquement comme aussi importante que celle des facteurs physicochimiques dans l'ensemble des tronçons explorés. L'étude des traits biologiques des communautés d'invertébrés a permis de préciser le type de communauté le plus corrélé aux processus d'élimination des nitrates. Ces organismes sont majoritairement interstitiels vivant dans les sédiments grossiers et avec des modes d'alimentation de type brouteurs de biofilm. Dans la zone hyporhéique de la zone humide alluviale de Monbéqui (projet Attenagua), la corrélation positive de la communauté d'invertébrés avec le taux de dénitrification a été seulement visible pendant automne. Cette période est considérée comme un moment propice pour l'observation de la relation diversité-fonction dans ce milieu. / This PhD study aims to understand how the biodiversity influences the water purification processes in the hyporheic zone of running water, as an important regulating service that reduces the quantity of pollutants in freshwater ecosystems. Few studies have focused on how the invertebrate community influences the functioning of hyporheic zones, which are considered as a biogeochemical reactor that largely contributes to nutrient cycling capacity of the rivers. Nitrate retention or denitrification functions in hyporheic zones are used as indicators for the water purification service. The relationship between the nitrate removal function and its associated biodiversity was tested at different scales from indoor microcosms to in-stream reaches and the hyporheic habitat of a large river (Garonne) meander, under natural and stressful conditions. First, the linkage between invertebrates and the nitrate (NO3-) removal function was given in evidence in a series of infiltration columns that mimicked the riverbed conditions with its benthic communities. A gradient of community diversity was created with biofilm, meiofauna and macrofauna communities' combination in different treatments. It enabled to test the influence of the invertebrate community on the NO3- removal rates with and without pesticides during the Inbioprocess project. The results implied the influence of invertebrate and microbial cross-community interactions on NO3- removal rates, which was higher with invertebrate communities in the sediments (11.8 ± 1.2) than without (7.7 ± 1.4 mg N.l-1.d-1). These findings suggested a top-down control of invertebrates on the microbial activities. These interactions were also depicted at the source of the recovery of the NO3- removal capacity when facing stressful conditions due to addition of pesticide in the experimental water. These laboratory findings highlighted the importance of multi-trophic level interactions in the hyporheic habitat, with probable implication of the more resistant species in the resilience capacity of this system. The occurrence of the top-down linkage was then explored in in situ habitats. The NO3- removal rates measured at the reach scale in 9 European streams during the STREAMES project ranged from 0.04 to 10.75 with an average of 1.64 ± 2.39 mg NO3--N m-2.min-1 (Mean ± SE). The results suggested that not only physico-chemical and hydrological factors, but also macro-invertebrate assemblages may influence nitrate removal. Some functional groups positively correlated with nitrate reduction were biofilm grazers and interstitial organisms associated with macro-porous substrate. In the hyporheic water of Monbequi meander of the Garonne river, the positive correlation between invertebrate diversity and the potential denitrification rates was only visible during the autumn season, suggesting a potential "hot moment" for the observation of this correlation between biodiversity and ecosystem function in fields.