Pour pallier le manque de connaissances sur la biogéographie des diatomées nordiques, le recueil d'un maximum d'informations est encouragé. Rassembler les données paléolimnologiques régionales permet d'effectuer des analyses écologiques et environnementales dans un contexte géographique plus large. La Circumpolar Diatom Database (CDD), un projet initié en 1997 par le Laboratoire de Paléoécologie Aquatique (LPA), tente de répondre à ces besoins. Toutefois, cette première version de la CDD comporte certaines lacunes, dont l'insertion de données de type « Z » (niveau de carottage) et l'implantation dans un système d'information géographique (SIG). L'objectif principal de cette étude est de développer une nouvelle structure de base de données relationnelle particulièrement adaptée aux données paléolimnologiques favorisant l'archivage, la consultation et la représentation cartographique des données à l'échelle circumpolaire. En second lieu, ce projet vise à tester le potentiel d'implantation de la CDD dans un SIG et d'entrevoir sa diffusion au sein de la communauté scientifique. Les étapes méthodologiques de développement d'un système d'information ont mené à la création d'un modèle de base de données relationnel composé par langage SQL. Une liste de références taxonomiques a été réalisée par l'unification de plusieurs listes existantes. Une interface utilisateur a été développée sous forme de formulaires MS Access facilitant la consultation des résultats. L'utilisation de la CDD a été testée dans ArcGIS par une connexion OLE DB et par conversion en « Personal Geodatabase ». La collecte de données a permis de tripler le volume d'informations de la nouvelle CDD. Elle renferme maintenant quelque 572 sites d'échantillonnage, 39 350 données d'occurrence et 15 000 données limnologiques. Sa couverture s'étale sur huit régions circumpolaires arctiques réparties sur trois continents : Amérique du Nord, Europe et Asie. Jusqu'à maintenant, la couverture spatiale de la CDD permet difficilement d'effectuer des analyses sur une vaste échelle. Il est donc primordial d'encourager la communauté paléolimnologique à contribuer davantage au projet. Ce projet a généré un système d'information exploitable, et les phases d'implantation et de distribution pourront être entreprises en fonction de l'avenir souhaité pour la CDD et des ressources disponibles.

Thèse ou mémoire avec insertion d'articles. / Les écosystèmes d'eau douce des latitudes extrêmes sont confrontés à une série de menaces liées à des changements climatiques rapides, dépassant les seuils écologiques. Toutefois, l'hétérogénéité des paysages et le manque de données de surveillance à long terme empêchent de prédire avec précision les réactions biotiques au changement climatique. Compte tenu de la diminution prévue de la couverture de glace, la compréhension limitée des réponses biotiques sur de longues périodes dans les lacs de l'Arctique devient évidente. Dans ce contexte, les objectifs de cette thèse comprennent la reconstitution des conditions environnementales de la fin de l'Holocène dans trois lacs situés le long des franges côtières du bras Clements Markham (~82°4ʹ N, ~68°4ʹ W), sur le nord de l'île d'Ellesmere, et l'établissement d'une taxonomie complète des diatomées dans la région étudiée. L'influence présumée de la diminution de la couverture glaciaire a probablement amélioré la disponibilité de la lumière et diversifié les microhabitats récemment dans chaque lac de recherche. Cela se reflète dans la structure des assemblages de diatomées de chaque lac, les diatomées étant manifestement absentes dans la plupart des enregistrements jusqu'aux intervalles les plus élevés. Les premiers assemblages de diatomées de l'Arctique étaient principalement constitués de fragilarioïdes benthiques, qui se sont considérablement diversifiés au cours des 80 dernières années. Ce changement floristique a inclus des espèces planctoniques centrées, représentatives d'une plus grande stabilité thermique résultant de saisons prolongées sans glace. L'émergence et la diversification des diatomées correspondent à des pics notables de la teneur en matière organique et à des hausses de température dans l'Arctique, ce qui corrobore ce nouveau régime écologique. Collectivement, cette recherche élargit la documentation limitée des apparitions récentes de diatomées sur l'île d'Ellesmere, découvrant un changement récent et supplémentaire qui a initié une plus grande diversification des espèces en raison de changements environnementaux récents et rapides. / Freshwater ecosystems at extreme latitudes face a range of threats from rapid climatedriven changes, surpassing ecological thresholds. However, landscape heterogeneity and limited long-term monitoring data hinders accurate predictions of biotic responses to climate change. Given the projected declines in ice cover, the limited understanding of biotic responses over extended timeframes in Arctic lakes becomes evident. Within this context, the objectives of this thesis include reconstructing late-Holocene environmental conditions of three lakes along the coastal fringes of the Clements Markham Inlet (~82°4ʹ N, ~68°4ʹ W), on northern Ellesmere Island and to establish a comprehensive diatom taxonomy in the study region. The presumed influence of declining ice cover likely enhanced light availability and diversified microhabitats recently in each research lake. This was reflected in the diatom assemblage structures, as diatoms were conspicuously absent throughout most of the records until the uppermost intervals. Early Arctic diatom assemblages primarily consisted of benthic fragilarioids, culminating in a substantial diversification over the last ~80 years. This floristic shift included planktonic centric species, representative of greater thermal stability resulting from prolonged ice-free seasons. The emergence and diversification of diatoms corresponded with notable spikes in organic matter content and temperature rises across the Arctic, further corroborating this novel ecological regime. Collectively, this research broadens the limited documentation of recent diatom appearances on Ellesmere Island, uncovering a recent, additional shift that has initiated a wider species diversification due to recent and rapid environmental changes.

La SSD (Species Sensitivity Distribution) est une méthode utilisée par les scientifiques et les régulateurs de tous les pays pour fixer la concentration sans danger de divers contaminants sources de stress pour l'environnement. Bien que fort répandue, cette approche souffre de diverses faiblesses sur le plan méthodologique, notamment parce qu'elle repose sur une utilisation partielle des données expérimentales. Cette thèse revisite la SSD actuelle en tentant de pallier ce défaut. Dans une première partie, nous présentons une méthodologie pour la prise en compte des données censurées dans la SSD et un outil web permettant d'appliquer cette méthode simplement. Dans une deuxième partie, nous proposons de modéliser l'ensemble de l'information présente dans les données expérimentales pour décrire la réponse d'une communauté exposée à un contaminant. A cet effet, nous développons une approche hiérarchique dans un paradigme bayésien. A partir d'un jeu de données décrivant l'effet de pesticides sur la croissance de diatomées, nous montrons l'intérêt de la méthode dans le cadre de l'appréciation des risques, de par sa prise en compte de la variabilité et de l'incertitude. Dans une troisième partie, nous proposons d'étendre cette approche hiérarchique pour la prise en compte de la dimension temporelle de la réponse. L'objectif de ce développement est d'affranchir autant que possible l'appréciation des risques de sa dépendance à la date de la dernière observation afin d'arriver à une description fine de son évolution et permettre une extrapolation. Cette approche est mise en œuvre à partir d'un modèle toxico-dynamique pour décrire des données d'effet de la salinité sur la survie d'espèces d'eau douce / Species Sensitivity Distribution (SSD) is a method used by scientists and regulators from all over the world to determine the safe concentration for various contaminants stressing the environment. Although ubiquitous, this approach suffers from numerous methodological flaws, notably because it is based on incomplete use of experimental data. This thesis revisits classical SSD, attempting to overcome this shortcoming. First, we present a methodology to include censored data in SSD with a web-tool to apply it easily. Second, we propose to model all the information present in the experimental data to describe the response of a community exposed to a contaminant. To this aim, we develop a hierarchical model within a Bayesian framework. On a dataset describing the effect of pesticides on diatom growth, we illustrate how this method, accounting for variability as well as uncertainty, provides benefits to risk assessment. Third, we extend this hierarchical approach to include the temporal dimension of the community response. The objective of that development is to remove the dependence of risk assessment on the date of the last experimental observation in order to build a precise description of its time evolution and to extrapolate to longer times. This approach is build on a toxico-dynamic model and illustrated on a dataset describing the salinity tolerance of freshwater species

Le modèle michaëlien d'acquisition d'azote, utilisé à l'origine pour représenter l'effet de la concentration d'un nutriment sur son taux d'absorption, s'avère insuffisant lorsque d'autres facteurs présentent des variations temporelles, à l'exemple du cycle diurne de lumière. Dans la littérature, les oscillations diurnes de l'acquisition d'azote sont généralement expliquées par la réponse du statut physiologique des microalgues au flux de photons et à la disponibilité en substrat. Cette thèse a pour but d'identifier dans quelle mesure le cycle cellulaire conditionne lui aussi la prise d'azote, et le cas échéant d'évaluer l'impact de cette propriété au niveau macroscopique. Pour cela, nous avons réalisé des expériences en cultures continues de la diatomée Thalassiosira weissflogii soumise à différentes conditions de lumière et d'azote. Notre étude met en évidence une diminution de l'acquisition d'azote lorsqu'une proportion significative de la population est en mitose. Il apparait également que les évènements mitotiques sont planifiés à la fois par les conditions de croissance et par une horloge interne. De plus, nos expériences montrent que les conséquences macroscopiques de ces propriétés individuelles sont fonction du degré de synchronisation de la population, et nous détaillons les facteurs agissant sur ce phénomène. Ensuite, nos hypothèses sont reprises dans une approche numérique afin de tester le gain de représentativité obtenu en prenant en compte le cycle cellulaire dans la modélisation de la croissance phytoplanctonique. Enfin, nous discutons de l'effet du cycle cellulaire sur l'acquisition d'azote en milieu marin et de ses possibles implications écologiques.

Les vasières intertidales sont le siège d’une forte production primaire sous la forme d’un biofilmmicrophytobenthique qui se développe en surface à marée basse. Ce biofilm se compose principalement de diatomées et de bactéries hétérotrophes. Ces deux composantes sécrètent des substances polymériques extracellulaires (EPS) qui jouent différents rôles dans le biofilm. Le travail présenté s’est basé sur différentes échelles d’observation (in situ à 2 saisons, mésocosme en laboratoire, et échelle fine du biofilm en microscopie confocale) et a permis de mettre en évidence les interactions des diatomées et des bactéries à différents moments de la marée et du nycthémère. L’utilisation d’une nouvelle méthode d’extraction des EPS a permis d’éclaircir leur rôle en évitant les contaminations par les substances internes provoquées par les méthodes classiques. Les EPS colloïdales particulièrement riches en glucose s’associent au déplacement des diatomées, notamment lors d’un stress (sursalure, carence en nutriments) et sont préférentiellement consommées par les bactéries, après leur dégradation par les enzymes ou leur hydrolyse dans l’eau interstitielle. Les EPS liées au frustule, et plus particulièrement les sucres, inhiberaient le développement bactérien à proximité de la cellule algale. Elles sont surtout sécrétées lors de la mise en place du biofilm et pour protéger la cellule quand les conditions sont osmotiquement défavorables et leur richesse en protéine leur confère un potentiel intéressant pour les bactéries qui peuvent les utiliser comme substrat azoté en cas de carence. D’autres substances ont été plutôt sécrétées parles bactéries telles que les N-acétylglucosamines et les protéines colloïdales de bas poids moléculaire,certainement des enzymes bactériennes, ainsi que le glucose qui semble être associé au EPS colloïdaux des diatomées mais aussi aux EPS bactériens selon l’analyse en microscopie confocale en utilisant des lectines comme marqueurs d’EPS. / Microphytobenthic biofilms that develop at the intertidal mudflat surface are responsible of a substantialprimary production. These biofilms are composed of diatoms and heterotrophic bacteria, both excretingextracellular polymeric substances (EPS) that have various functions into the biofilm. The present thesis is basedon different observation scales that have highlighted the complex interactions between diatoms and bacteria fordifferent moment of the biofilm development (in situ at 2 seasons, in laboratory mesocosm and at the scale of thebiofilm at confocal microscopy). Furthermore, a new extraction method that avoids contamination with internalsubstances was used and provides new insights about the role of EPS. Colloidal EPS are excreted during thediatom migrations, notably in case of environmental stress (nutrient depletion, high salinity). They arepreferentially consumed by bacteria, after hydrolysis or enzymatic cleavage. Bound EPS are associated to abacterial inhibition, especially sugars. These EPS are mainly excreted during biofilm formation and also in caseof osmotic stress, if diatoms cannot migrate toward favorable slices. Some substances are associated to bacterialdevelopment, such as N-acetylglucosamine, low molecular weight proteins that probably consist of bacterialenzymes and also glucose that seems to be associated to colloidal EPS secreted by diatoms as well as bacterialEPS, when analyzing the biofilm with confocal microscopy by using lectins as EPS biomarkers.

Le Système d’Upwelling Péruvien (PUS) et la Zone à Oxygène minimum (OMZ) qui y est associée font partie des régions les plus marquées par les variations climatiques de type El Niño Southern Oscillation (ENSO), tant à l’échelle interannuelle qu’à l’échelle décennale. Or, peu d’enregistrements de l’impact de l’ENSO sur cette zone géographique atteignent ces résolutions temporelles, malgré des conditions propices à la conservation de dépôts sédimentaires laminés.Nous avons analysé ces archives sédimentaires à l’échelle de la lamine et en utilisant des marqueurs sédimentologiques, micro paléontologiques et géochimiques afin de retracer les variations de tous les paramètres susceptibles de répondre aux changements climatiques(précipitations, productivité, dénitrification, températures océaniques de surface). Cette approche nous a permis de disposer d’un enregistrement complet des conditions environnementales dans l’OMZ du Pérou à des échelles pluri-annuelle à multidécennale, ce qui est inégalé sur des périodes au-delà du dernier millénaire. Nous avons ainsi pu mettre en évidence une forte empreinte de la circulation de Walker sur le PUS. Cet impact est modulé par les régions extra tropicales de l’hémisphère Nord, en particulier par l’Oscillation Nord-Atlantique (NAO) à l’échelle multidécennale, par la circulation thermohaline à l’échelle centennale et par l’Anticyclone Sibérien à l’échelle millénaire. / The Peruvian Upwelling System (PUS) and the corresponding Oxygen Minimum Zone (OMZ) are part of the regions where the imprint of climatic variations due to El Niño Southern Oscillation (ENSO) at the interannual and multidecadal timescales is the strongest. However,only a few records of ENSO-like climatic variability reach such short timescales in thisgeographical area, despite prevailing conditions favorable to the preservation of laminatedsediments. We analyzed these sedimentary archives at the scale of the lamination, using sedimentology, micropaleontology and geochemistry. The aim was to trace variations in all parameters responding to climatic changes (rainfall, productivity, denitrification, sea surfacetemperatures). This approach has provided a full record of environmental conditions in thePeruvian OMZ at multiannual and multidecadal timescales for the first time on time intervals exceeding the last millennium. We thus evidenced a strong imprint of the Walker circulation on the PUS. This impact is paced by the extratropical northern hemisphere, especially by the North Atlantic Oscillation (NAO) at the multidecadal timescale, by the thermohaline circulation at the centennial timescale and by the Siberian High at the millennial timescale.

Les diatomées sont des micro-algues unicellulaires, qui jouent un rôle primordial dans l’eco-système marin. En effet, elles sont responsables de 20% de l’activité photosynthétique sur Terre, et sont à la base de la chaîne alimentaire marine, toujours plus menacée par le changement climatique. Les diatomées établissent diverses interactions microbiennes avec des organismes issus de l’ensemble de l’arbre du vivant, à travers des méchanismes complexes tels que la symbiose, le parasitisme ou la compétition. L’objectif de ma thèse a été de comprendre comment ces interactions structurent la communauté du plancton, à grande échelle spatiale. Pour ce faire, j’ai développé de nouvelles approches basées sur le jeu de données inédit de Tara Océans, une expédition mondiale qui a exploré la diversité et les fonctions des microbes marins, en récoltant plus de 40.000 échantillons à travers 210 sites autour du monde. Grâce à l’analyse de réseaux de co-occurrence microbiens, je montre d’une part que les diatomées agissent comme des « ségrégateurs répulsifs » à l’échelle globale, en particulier envers les organismes potentiellement dangeureux tels que les prédateurs et les parasites, et d’autre part que la co-occurrence des espèces ne s’explique qu’en minorité par les facteurs environnementaux. Grâce à la richesse des données Tara Océans, j’ai par ailleurs permis la charactérisation d’une interaction biotique impliquant une diatomée et un cilié hétérotrophe à l’échelle de l’eco-système, illustrant de surcroît le succès des approches dirigées par les données. Dans l’ensemble, ma thèse contribue à notre compréhension des interactions biotiques impliquant les diatomées, de l’échelle globale à la cellule unique. / Diatoms are unicellular photosynthetic microeukaryotes that play a critical role in the functioning of marine ecosystems. They are responsible for 20% of global photosynthesis on Earth and lie at the base of marine food webs, ever more threatened by climate change.Diatoms establish microbial interactions with numerous organisms across the whole tree of life, through complex mechanisms including symbiosis, parasitism and competition. The goal of my thesis was to understand how those biotic interactions structure the planktonic community at large spatial scales, by using new approaches based on the unprecedented Tara Oceans dataset, a unique and worldwide circumnavigation that collected over 40.000 samples across 210 sites to explore the diversity and functions of marine microbes. Through the analysis of microbial association networks, I show that diatoms act as repulsive segregators in the ocean, in particular towards potentially harmful organisms such as predators as well as parasites, and that species co-occurrence is driven by environmental factors in a minority of cases. By leveraging the singularity of the Tara Oceans data, I provide a comprehensive characterization of a prevalent biotic interaction between a diatom and heterotrophic ciliates at large spatial scale, illustrating the success of data-driven research. Overall, my thesis contributes to our understanding of diatom biotic interactions, from the global patterns to the single cell.

Dans la présente recherche, l’influence humaine et climatique des 1500 dernières années sur quatre lacs de Nouvelle-Angleterre (États-Unis) a été reconstituée par l’analyse des diatomées fossiles provenant des sédiments. Différentes méthodes ont été testées pour inférer certaines variables environnementales à l’aide des diatomées. Les méthodes des moyennes pondérées et de la probabilité maximale se sont avérées les plus appropriées pour la reconstitution des variables du gradient principal, tandis que les réseaux neuronaux artificiels et la probabilité maximale sont préférables pour les variables du gradient secondaire. Différentes transformations des données sont appropriées pour chacune des méthodes. Les diatomées fossiles des lacs ont enregistré un patron régional propre à la déforestation suite à la colonisation par les Européens. Malgré le rétablissement des forêts autour des sites depuis 1900 AD, trois lacs montrent à l’état actuel des conditions qui ne correspondent pas à celles de la période avant-perturbation. Ceci est dû aux caractéristiques locales des sites, tels que l’évolution naturelle des lacs, les perturbations naturelles (ouragans), ainsi que le développement des marais. Pour rétablir l’état « naturel » théorique envisagé dans la restauration, il est donc important de tenir compte de l’évolution naturelle des lacs. Au lac Walden Pond (Massachusetts), un enrichissement accéléré en nutriments a été inféré suite à l’usage récréatif intensif depuis env. 1950 AD. Depuis 1975 AD, le taux d’eutrophisation a diminué grâce aux mesures de gestion. L’état naturel du lac reconstitué par notre étude représente un bon guide pour les futurs mesures de gestion. Au lac Levi Pond (Vermont), une tendance accrue à l’humidité pendant les dernières 2000 années, qui correspond au refroidissement global du Néoglaciaire, a été inférée par les diatomées. Les diatomées sont donc d’une utilité potentielle pour les études paléohydrologiques dans les régions tempérées. L’analyse mensuelle de la flore diatomifère dans Bates Pond (Connecticut), a indiqué que les assemblages sont liés à la stratification, ce qui a permis d’identifier une période de mélange prolongée dans le passé à partir des assemblages fossiles. Le maximum de productivité diatomifère en automne indique que c’est la saison privilégiée pour l’échantillonnage d’eau en vue du développement des modèles d’inférence. Cette thèse apporte des nouvelles connaissances sur l’évolution et l'écologie des lacs en Nouvelle-Angleterre, et sur deux aspects méthodologiques pertinents pour la discipline de la paléolimnologie. / The human and climatic impact on four New England lakes was reconstructed by analysis of fossil diatoms preserved in lake-bottom sediments. Different diatom-based methods for the reconstruction of environmental variables (pH, total phosphorus, alkalinity) were tested. Weighted averaging and Gaussian logit regression were the most appropriate methods for the reconstruction of variables representing the principal gradient, whereas artificial neural networks and Gaussian logit regression performed better for secondary gradient variables. It was shown that different data transformations may be useful for different reconstructions. Fossil diatom assemblages of the sites recorded a regional pattern of deforestation and agricultural activity following European settlement. Despite the re-establishment of forests in the lake watersheds since 1900 AD, three lakes did not return to pre-disturbance conditions. This is due to local site characteristics, such as natural lake evolution, local natural disturbance patterns (hurricanes), and peatland development. It is therefore important to consider the natural dynamics of lakes when establishing the theoretical « natural » state for restoration purposes. At Walden Pond, Massachusetts, an accelerated nutrient enrichment was inferred from 1950 AD onwards, related to intensive recreational use of the lake. Since 1975 AD, the rate of eutrophication has diminished after management measures were implemented. The natural state of the lake reconstructed by this study represents a useful benchmark for future management decisions. In Levi Pond, a trend of increasing humidity during the past ca. 2000 years has been inferred by diatoms, corresponding to the period of Neoglacial cooling. This result indicates that diatoms may be a useful tool for future paleohydrological studies in temperate regions. The seasonal study of diatoms in Bates Pond, Connecticut, indicated that diatom assemblages are strongly influenced by stratification, which helped to identify a period of prolonged full-circulation in the past based on the fossil assemblages of the same lake. The maximum diatom productivity in autumn indicated that this is the most appropriate season for taking water samples for diatom inference model development. This thesis has provided new knowledge of the evolution of New England lakes before and after European settlement and on two pertinent methodological aspects of paleolimnologic study.

Evaluer, maintenir et restaurer les conditions écologiques des rivières nécessitent des mesures du fonctionnement de leurs écosystèmes. De par leur complexité, notre compréhension de ces systèmes est imparfaite. La prise en compte des incertitudes et variabilités liées à leur évaluation est donc indispensable à la prise de décision des gestionnaires. En analysant des données nationales (~ 1654 sites), les objectifs principaux de cette thèse étaient de (1) tester certaines hypothèses intrinsèques aux bio-indicateurs et (2) d'étudier les incertitudes de l'évaluation écologique associées à la variabilité temporelle des bio-indicateurs et à la prédiction des conditions de référence. (1) Ce travail met en évidence (i) le rôle prépondérant des facteurs environnementaux naturels dans la structuration des communautés aquatiques en comparaison des facteurs anthropiques (définis à l'échelle du bassin versant, du corridor riparien et du tronçon), (ii) les réponses contrastées des communautés aquatiques aux pressions humaines (dégradations hydro-morphologiques et de la qualité de l'eau) et (iii) plus généralement, les forts impacts des barrages et de l'altération de la qualité de l'eau sur les communautés aquatiques. (2) Une méthode Bayésienne a été développée pour estimer les incertitudes liées à la prédiction des conditions de référence d'un indice piscicole (IPR+). Les incertitudes prédictives de l'IPR+ dépendent du site considéré mais aucune tendance claire n'a été observée. Par comparaison, la variabilité temporelle de l'IPR+ est plus faible et semble augmenter avec l'intensité des perturbations anthropiques. Les résultats de ce travail confirment l'avantage d'indices multi-métriques basés sur des traits fonctionnels par rapport à ceux relatifs à la composition taxonomique. Les sensibilités différentes des macrophytes, poissons, diatomées et macro-invertébrés aux pressions humaines soulignent leur complémentarité pour l'évaluation des écosystèmes fluviaux. Néanmoins, de futures recherches sont nécessaires à une meilleure compréhension des effets d'interactions entre types de pressions et entre pressions humaines et environnement. / Sensitive biological measures of ecosystem quality are needed to assess, maintain or restore the ecological conditions of rivers. Since our understanding of these complex systems is imperfect, river management requires recognizing variability and uncertainty of bio-assessment for decision-making. Based on the analysis of national data sets (~ 1654 sites), the main goals of this work were (1) to test some of the assumptions that shape bio-indicators and (2) address the temporal variability and the uncertainty associated to prediction of reference conditions.(1) This thesis highlights (i) the predominant role of physiographic factors in shaping biological communities in comparison to human pressures (defined at catchment, riparian corridor and reach scales), (ii) the differences in the responses of biological indicators to the different types of human pressures (water quality, hydrological, morphological degradations) and (iii) more generally, the greatest biological impacts of water quality alterations and impoundments. (2) A Bayesian method was developed to estimate the uncertainty associated with reference condition predictions of a fish-based bio-indicator (IPR+). IPR+ predictive uncertainty was site-dependent but showed no clear trend related to the environmental gradient. By comparison, IPR+ temporal variability was lower and sensitive to an increase of human pressure intensity. This work confirmed the advantages of multi-metric indexes based on functional metrics in comparison to compositional metrics. The different sensitivities of macrophytes, fish, diatoms and macroinvertebrates to human pressures emphasize their complementarity in assessing river ecosystems. Nevertheless, future research is needed to better understand the effects of interactions between pressures and between pressures and the environment.

Evaluer, maintenir et restaurer les conditions écologiques des rivières nécessitent des mesures du fonctionnement de leurs écosystèmes. De par leur complexité, notre compréhension de ces systèmes est imparfaite. La prise en compte des incertitudes et variabilités liées à leur évaluation est donc indispensable à la prise de décision des gestionnaires. En analysant des données nationales (~ 1654 sites), les objectifs principaux de cette thèse étaient de (1) tester certaines hypothèses intrinsèques aux bio-indicateurs et (2) d'étudier les incertitudes de l'évaluation écologique associées à la variabilité temporelle des bio-indicateurs et à la prédiction des conditions de référence. (1) Ce travail met en évidence (i) le rôle prépondérant des facteurs environnementaux naturels dans la structuration des communautés aquatiques en comparaison des facteurs anthropiques (définis à l'échelle du bassin versant, du corridor riparien et du tronçon), (ii) les réponses contrastées des communautés aquatiques aux pressions humaines (dégradations hydro-morphologiques et de la qualité de l'eau) et (iii) plus généralement, les forts impacts des barrages et de l'altération de la qualité de l'eau sur les communautés aquatiques. (2) Une méthode Bayésienne a été développée pour estimer les incertitudes liées à la prédiction des conditions de référence d'un indice piscicole (IPR+). Les incertitudes prédictives de l'IPR+ dépendent du site considéré mais aucune tendance claire n'a été observée. Par comparaison, la variabilité temporelle de l'IPR+ est plus faible et semble augmenter avec l'intensité des perturbations anthropiques. Les résultats de ce travail confirment l'avantage d'indices multi-métriques basés sur des traits fonctionnels par rapport à ceux relatifs à la composition taxonomique. Les sensibilités différentes des macrophytes, poissons, diatomées et macro-invertébrés aux pressions humaines soulignent leur complémentarité pour l'évaluation des écosystèmes fluviaux. Néanmoins, de futures recherches sont nécessaires à une meilleure compréhension des effets d'interactions entre types de pressions et entre pressions humaines et environnement.