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L'Amazonie a connu une longue histoire d'occupation humaine. La nature et l'échelle de l'impact des populations d'Amérindiens précolombiens sur leur environnement sont encore largement débattues. Dans une approche pluridisciplinaire, la thèse vise 1) à améliorer les estimations de l'étendue des remaniements anciens des paysages par l'Homme et 2) à comprendre comment ces remaniements affectent la structure et le fonctionnement des écosystèmes contemporains par l'étude des complexes de champs surélevés précolombiens des savanes côtières de Guyane française. Pour la mise en place d'une agriculture intensive sédentaire, les agriculteurs précolombiens ont transformé ces savanes saisonnièrement inondées en édifiant des champs sous la forme de buttes de terre circulaires produisant une hétérogénéité topographique marquée et organisée. Pour répondre au premier objectif, nous avons développé deux approches permettant de distinguer les paysages de buttes d'origine anthropique de ceux, dont la physionomie est très proche, résultant de processus naturels. Pour répondre au second objectif, nous avons décrit comment la structure des communautés d'ingénieurs naturels d'écosystèmes (fourmis, termites, vers de terre et plantes) répond à l'hétérogénéité induite par l'Homme, et comment les activités de ces ingénieurs assurent l'auto-entretien des anciens champs contre l'érosion depuis leur abandon il y a environ 800 ans. Notre travail révèle que l'étude de la dynamique temporelle de la végétation permet d'inférer l'origine des complexes de buttes uniquement lorsqu'elle combine différents proxys. L'analyse de la structure spatiale des buttes montre que les complexes de buttes de Guyane présentent une orientation souvent en grille carrée, orientation qui n'a jamais été montrée ni prédite pour des paysages d'origine naturel, indiquant que la géométrie du paysage peut porter la signature de l'intervention de l'Homme. Depuis l'abandon des champs surélevés, les communautés d'ingénieurs naturels se structurent, et concentrent leurs activités, dans les buttes. Nous avons montré que ces activités contribuent à maintenir des habitats surélevés contre l'érosion mais que les rétroactions qu'ils conduisent sur le sol sont modulées par les conditions initiales du milieu. Le paysage observé actuellement dans les savanes de Guyane n'est ni entièrement façonné par l'Homme, ni entièrement naturel mais résulte de l'interaction complexe entre les composantes physiques et biotiques et de l'héritage des activités anciennes de l'Homme. Le résultat de ces interactions est reflété par une mosaïque de buttes plus ou moins érodées. Notre travail représente la première étude montrant l'impact à long terme des activités anciennes de l'Homme sur les écosystèmes de savanes en Amazonie. Nos résultats présentent des applications importantes dans le domaine de l'ingénierie écologique pour la conception de nouveaux agroécosystèmes durables. / Amazonia has a long history of human occupation. The nature and scale of the impact of pre-Columbian humans on their environment are still hotly debated. In a pluridisciplinary approach, this thesis aims 1) to improve estimations of the scale of ancient landscape transformations by humans and 2) to understand how these transformations influence the structure and the functioning of contemporary ecosystems, by studying the particular exemple of pre-Columbian raised-field complexes in coastal savannas of French Guiana. To conduct sedentary intensive agriculture, pre-Columbian farmers transformed these seasonally flooded savannas by building raised fieldsin the form of circular moundscreating a marked and organized topographic heterogeneity. To accomplish the first objective, we developed two approaches to distinguish anthropogenic mound-field landscapes from others, of similar physiognomy, resulting from natural processes. To accomplish the second objective, we described how the structure of the community of natural ecosystem engineers (ants, termites, earthworms and plants) is influenced by human-induced heterogeneity, and how feedbacks generated by these engineers can lead to self-organized maintenance of the ancient fields against erosion since their abandonment around 800 years ago. Our work reveals that the study of the temporal dynamics of vegetation can be used to infer the origin of mound complexes only when it combines different proxies. The analysis of spatial structure of mounds shows that mound complexes of Guiana are strongly oriented, often in a square lattice, an orientation that has been neither demonstrated nor predicted for natural landscapes, indicating that landscape geometry bears a diagnostic signature of human activities. Ever since raised fields were abandoned, the community of natural engineers is structured, and its activities are concentrated, on mounds. We showed that these activities cont ribute to maintaining these raised features against erosion, but that the effectiveness of engineer-feedbacks on soil in countering erosion are modulated by initial conditions of the environment. The current landscapes of French Guianan savannas are neither solely modeled by humans nor entirely natural, but result from the complex interaction between physical and biotic components and from the legacies of past human land use. The result of these interactions is reflected in a mosaic of more or less eroded mounds. Our work represents the first study showing the long-term impact of ancient human activities on Amazonian savanna ecosystems. Our results can have important applications in the framework of ecological engineering to conceptualize new durable agroecosystems.

Le jujubier (ou Ziziphus mauritiana Lam.) est une espèce à usages multiples (fruits, fourrage, bois de service) prioritaire pour le reboisement et l’arboriculture fruitière dans le Sahel. Dans ce contexte où les sols sont souvent dégradés et pauvres en minéraux (P en particulier), la mycorhization et la fertilisation phosphatée pourraient jouer un rôle important dans l’amélioration de la croissance et de la productivité des jujubiers.L’objectif principal de ce travail était d’améliorer la croissance et la production fruitière de Z. mauritiana par l’inoculation mycorhizienne dans deux vergers au Sénégal. Il avait pour objectifs spécifiques (i) d’évaluer les réponses à l’inoculation avec des CMAs de différentes espèces de Ziziphus et de provenances de Z. mauritiana en serre, (ii) d’évaluer l’impact de l’inoculation avec R. irregularis IR27 sur la croissance, la survie et la production fruitière de Z. mauritiana, (iii) d’évaluer l’impact de l’inoculation sur la diversité des communautés de CMAs associés à Z. mauritiana en plantation et (iv) de déterminer la persistance de R. irregularis IR27 dans les racines de Z. mauritiana en plantation. Le champignon R. irregularis IR27 s’est avéré le plus efficace parmi les CMAs testés dans ce travail. Le couple Z. mauritiana /R. irregularis IR27 a donc été choisi comme modèle pour étudier l’impact de l’inoculation sur la production fruitière de deux provenances, Gola (variété indienne sélectionnée pour ses fruits de grosse taille) et Tasset (provenance locale à fruits de petite taille) dans deux sites contrastés (Amally et Keur Mangari). Nos résultats ont montré un effet positif de l’inoculation sur la croissance, la survie et le taux de mycorhization de Z. mauritiana à 13 et 24 mois respectivement à Amally et à Keur Mangari. L’inoculation a également augmenté la production fruitière des jujubiers à 18 et 30 mois de plantation à Keur Mangari. Ces résultats montrent la grande capacité de R. irregularis IR27 à compétir face aux CMAs indigènes. Le séquençage Illumina MiSeq du gène 18S a permis de révéler un impact négatif de l’inoculation sur la diversité et la richesse des communautés de CMAs natifs à Amally contrairement à Keur Mangari où l’inoculation n’a pas eu d’impact ni sur la diversité ni sur la richesse des CMAs. Le gène RPB1 s’est révélé pertinent comme marqueur pour détecter R. irregularis IR27 dans les racines de Z. mauritiana inoculés et évaluer par qPCR l’intensité de la colonisation racinaire des jujubiers par R. irregularis IR27 qui a représenté 11 à 13% à 13 mois de plantation à Amally et 12 à 15% à 24 mois de plantation à Keur Mangari. Cependant, il s’avère important d’évaluer à plus long terme l’impact de R. irregularis IR27 et son devenir dans les racines de Z. mauritiana en plantation dans une large gamme de conditions environnementales. / The jujube (or Ziziphus mauritiana Lam.) is an important multipurpose species (e.g. fruits, fodder, wood) for reforestation and fruit farming in the Sahel. In this context where soils are often degraded and deficient in P, mycorrhization and phosphorus fertilization could play a major role on improvement of jujube growth and productivity. The main objective of this work was to improve growth and fruit production of Z. mauritiana by mycorrhizal inoculation in two orchards at Senegal. This work aims (i) to evaluate the responses of different species of Ziziphus and provenances of Z. mauritiana to inoculation with AMF in greenhouse conditions, (ii) to assess the impact of inoculation with R. irregularis IR27 on growth, survival and fruit production of Z. mauritiana, (iii) to assess the impact of inoculation on diversity of native AMF communities associated to Z. mauritiana after planting and (iv) to determinate the persistence of R. irregularis IR27 in roots of Z. mauritiana after planting.The fungus R. irregularis IR27 proved to be the most effective AMF tested in this work. The pair Z. mauritiana /R. irregularis IR27 has been chosen as model to study the impact of inoculation on fruit production of two provenances, Gola (Indian variety selected for its large size fruits) and Tasset (local cultivar with small-sized fruits) in two sites with contrasting rainfall (Amally and Keur Mangari). Our results showed a positive effect of inoculation on growth, survival and mycorrhizal colonization of Z. mauritiana plants at 13 and 24 months after planting at Amally and Keur Mangari respectively. Inoculation increased also fruit production of jujubes at 18 and 30 months after planting at Keur Mangari. These results indicated the high ability of R. irregularis to compete with indigenous AMF. The MiSeq Illumina sequencing of 18S rRNA gene revealed a negative impact of inoculation on AMF richness and diversity at Amally, unlike at Keur Mangari where inoculation had no impact on AMF richness and diversity. The RPB1 gene proved to be an appropriate marker to detect of R. irregularis IR27 in inoculated Z. mauritiana roots and to evaluate by qPCR the root colonization of R. irregularis IR27 which accounted for 11 to 13% at 13 months after planting at Amally and 12 to 15% at 24 months after planting at Keur Mangari. Therefore, it is important to assess at long-term the impact of R. irregularis IR27 and its persistence in inoculated Z. mauritiana roots in large environmental conditions.

Démarche d’ingénierie écologique en santé des plantes : gestion des couvre-sol des vergers pour lutter contre les bactérioses des arbres fruitiers provoquées par Pseudomonas syringaeIdentifier les réservoirs et sources d’inoculum des agents phytopathogènes est un enjeu majeur en pathologie végétale. Les systèmes agricoles pérennes, tels que les vergers, sont soumis aux attaques de nombreux ravageurs et agents microbiens pathogènes. P. syringae, agent phytopathogène responsable de l’émergence de maladies des arbres fruitiers, dont la récente épidémie du chancre bactérien du kiwi causée P. syringae pv. actinidiae (Psa), représente un enjeu économique important au niveau mondial. En France, les moyens de lutte sont constitués de traitements cupriques et de gestes préventifs visant à réduire la propagation de la bactérie au sein et entre les vergers. Avec la prise de conscience de la nécessité de la conservation de l’environnement par les consommateurs et producteurs, les méthodes de cultures actuelles ont tendances à s’orienter vers celles de l’agroécologie et l’usage de l’ingénierie écologique au service de la santé des plantes. En verger, la gestion des communautés de plantes des couvre-sols donne de bons résultats dans la lutte conte certaines espèces de ravageurs, tels que les arthropodes herbivores, mais les effets sur les communautés de microorganismes pathogènes restent inexplorés. Les plantes couvre-sol et adventices des vergers hébergent d’abondantes communautés de P. syringae, cependant le rôle de ces couverts végétaux dans l’émergence des maladies des arbres fruitiers reste incompris. Par conséquent, les travaux de recherche presentés ici focalisent sur l’étude simultanée des communautés de P. syringae associées aux plantes couvre-sol et aux arbres fruitiers de trois vergers d’abricotiers et de quatre vergers de kiwis du département de la Drôme, sud-est de la France, choisis pour leur état sanitaire (sain, malade ou émergence de la maladie), ainsi que des pratiques de gestion du couvre-sol différentes (sol nu, enherbement des inter-rangs, enherbement des inter rangs et rangs des arbres). En l’absence d’outils permettant une identification rapide et une affiliation à l’un des 13 phylogroupes actuellement décris pour l’espèce P. syringae, l’étude du génome complet d’une cinquantaine de souches de P. syringae a permis la mise au point de marqueurs moléculaires capables d’identifier 9 des 13 phylogroupes. L’étude des communautés de P. syringae hébergées par les couvre-sols végétaux montre un effet de la composition des communautés des plantes couvre-sol sur l’abondance et la structure des communautés de P. syringae. La présence de Prunella vulgaris, une plante de la famille des Lamiaceae, est corrélée avec une diminution de l’abondance des P. syringae. La reproductibilité de ce résultat est actuellement en cours d’investigation dans une parcelle expérimentale. Cependant, les résultats préliminaires montrent une absence d’effet de P. vulgaris sur l’abondance de P. syringae. L’étude simultanée des communautés de P. syringae des couvre-sols végétaux et des arbres fruitiers montre que des échanges se font entre les deux compartiments en raison de la présence de souches génétiquement proches. Chez le kiwi, lorsque Psa est présent il coexiste toujours avec d’autres P. syringae, soulevant la question des interactions entre ces souches et leur rôle dans l’émergence de la maladie. Enfin, les résultats mettent en avant un potentiel antagonisme entre les phylogroupes 1 et 2. / Process of ecological engineering in plant health: study of the role of orchard ground cover plants in the emergence of fruit tree diseases caused by Pseudomonas syringaeIdentification of reservoirs and inoculum sources of plant pathogenic microorganisms is a major issue in plant pathology. Perennial agricultural systems, such as orchards, are exposed to many pests and pathogenic microorganisms. P. syringae, a phytopathogenic bacterium responsible for the emergence of diseases of fruit trees, including the recent outbreak of bacterial canker of kiwifruit caused P. syringae pv. actinidiae (Psa), represent an important economic issue worldwide. In France, means of control of bacterial canker consist of copper treatments and preventive measures in order to reduce the spread of bacteria within and between orchards. With the awareness for environmental conservation by consumers and producers, current cultivation methods tend to be progressively replaced by more agroecological ones and the use of ecological engineering to improve plant health. Ecological engineering of orchard ground cover plant communities provides good results for the control of orchard pests, such as herbivorous arthropods, but the effects on pathogenic microbial communities remains unexplored. The ground cover plants and orchard weeds host abundant P. syringae communities, however the role of ground covers in the emergence of fruit tree diseases remains ignored. Therefore, the research presented here is focused on the simultaneous study of P. syringae communities associated with ground covers and fruit trees from three apricot and four kiwifruit orchards of Drôme county, southeastern France, chosen for their health status (healthy, diseased, or disease emergence), as well as different ground cover management practices (bare soil, ground cover in inter-rows, ground cover in inter-rows and tree rows). In the absence of tools for rapid identification and affiliation to one of 13 currently described phylogroups for the P. syringae species, the screening of whole genomes of more than fifty P. syringae strains has allowed the development of specific molecular markers able to identify 9 of the 13 phylogroups. Results show that ground cover P. syringae community abundances and structures are correlated to plant community composition. The presence of Prunella vulgaris, a plant of the Lamiaceae family, is correlated to a decrease in the P. syringae abundances. Reproducibility of this result is currently under investigation in an experimental field. However, preliminary results from the experimental field show that the presence of P. vulgaris in 1-year-old ground covers is not correlated to a decrease in P. syringae abundances. Simultaneous study of ground cover and fruit tree P. syringae communities highlight bacterial exchanges between these two compartments because of the presence of genetically correlated strains in both of them. When present, Psa coexist with other P. syringae, raising the question of the interaction between these strains and their role in the emergence of the disease. Finally, the results highlight a potential antagonism between phylogroups 1 and 2.

Dans un contexte global d'augmentation de la population, les réserves en eau des nappes phréatiques sont de plus en plus sollicitées. Pour pallier à cette exploitation, des systèmes d’infiltration artificiels ont été mis en place pour recharger les nappes avec de l’eau de surface. Néanmoins, ces systèmes subissent des pertes d’efficacité liées au colmatage du support d’infiltration par des processus physiques, chimiques ou biologiques. Face à ce phénomène, le travail de thèse a pour but de tester la faisabilité d’une technique d’ingénierie écologique par introduction d’un gastéropode, V. viviparus, pour limiter le colmatage de l’interface eau/sédiment de bassins d’infiltration utilisés pour recharger artificiellement l’aquifère sous-jacent au Rhône. Par des approches expérimentales, deux volets ont été abordés, (1) la dynamique des interactions biofilm/brouteur et les conséquences sur l’état physiologique du gastéropode et (2) la dynamique des interactions biofilm/gastéropode et les conséquences sur les propriétés hydrauliques et écologiques de l’interface eau/sédiment. Les résultats ont mis en évidence que (1) V. viviparus pouvait se maintenir dans les bassins d’infiltration aux différentes saisons, (2) V. viviparus pouvait limiter le colmatage biologique de l’interface eau/sédiment soit par ses actions trophiques (broutage), soit par des actions physiques (déplacement, pelletisation) et (3) V. viviparus n’a pas eu d’effet positif sur l’infiltration lorsque le colmatage était chimique. Pour conclure, V. viviparus apparait comme un bon candidat pour des solutions d’ingénierie écologique visant à restaurer des interfaces eau/sédiment, colmatées par un biofilm phototrophe. Ce travail ouvre des perspectives sur l’utilisation de solutions basées sur la nature à plus large échelle spatiale (e.g. pilote) et à des milieux naturels comme les zones humides / With the global increase of the population, groundwater reserves are increasingly exploited. To circumvent this problem, managed aquifer recharge systems using surface water are used worldwide. Nevertheless, the hydraulic performance of these systems is often altered by physical, chemical or biological clogging. This work aim to test the sustainability of ecological engineering solution based on the introduction of the gastropod, V. viviparus, to attenuate the clogging of the water/sediment interface of infiltration basins use for the recharge of the Rhône river aquifer. Two sections have been addressed with experimental approaches, (1) dynamic of biofilm/grazer interaction and its consequences on the physiological state of the gastropod and (2) dynamic of biofilm/grazer interaction and its consequences on the hydraulic and ecological properties of the water/sediment interface. Results show that (1) V. viviparus is able to survive in the infiltration basins at contrasted seasons, (2) V. viviparus can attenuate the biological clogging of the water/sediment interface, ether by trophic interaction (grazing) or physical actions (crawling activity, pelletization), and (3) V. viviparus has no positive effect on infiltration in case of chemical clogging. To conclude, V. viviparus appears to be a good candidate for ecological engineering solutions aiming to preserve and restore water/sediment interface impacted by biological clogging. This work provides useful information for the study of natured based solutions at larger scale (experimental pilot) and in natural ecosystems as wetlands

Considering the degradation scenery of riparian vegetation along the São Francisco River. This work discusses through the evaluation of forest species with potential use in soil in a Natural Engineering techniques, the floristic rebuilding of the riverbank. The first chapter consists of the presentation of the problem of bank erosion and the necessary restoration of riparian vegetation in the riparian agroecosystems associated with soil in natural engineering techniques as a mitigation measure of this form of environmental degradation. The second chapter consists of the proposed riparian restoration, by assessing the development of seedlings of forest species on the right bank of the São Francisco River, an important determinant in the choice of species to be used in biotechnical planned for the waterfront. The third chapter tests shrubs / trees to determine which species that have potential for biotechnical composition of soil in natural engineering techniques, assessing morphological species, so that these can contribute in reducing the erosion of river banks. / Diante do cenário de degradação da vegetação ciliar nas margens do Rio São Francisco. O presente trabalho objetiva discutir por meio de avaliação de espécies florestais com potencial uso em técnicas de Engenharia Natural, a recomposição florística da margem do rio. O primeiro capítulo consiste na apresentação da problemática da erosão marginal e a necessária recomposição da vegetação ciliar nos agroecossistemas ribeirinhos associado às técnicas de Engenharia Natural como medida mitigadora dessa forma de degradação ambiental. O segundo capítulo consiste na proposta de recomposição ciliar, através da avaliação do desenvolvimento de mudas de espécies florestais na margem direita do rio São Francisco, importante na determinação nas escolhas das espécies a serem utilizadas nas biotécnicas planejadas para a margem do rio. O terceiro capítulo testa espécies arbustivas/arbóreas a fim de determinar quais espécies que possuem potencial biotécnico para composição de técnicas de Engenharia Natural, avaliando dados morfológicos das espécies, de modo que esses possam contribuir na redução do processo erosivo das margens fluviais

Au cours des dernières décennies, un type de marais filtrant, généralement planté de saules, a été développé pour opérer un système de traitement d’eau sans effluent, par évapotranspiration. Ces marais à effluent sont généralement utilisés pour le traitement d’eau usée domestique, mais pourraient aussi présenter une alternative intéressante pour d’autres applications, comme le traitement de lixiviat contaminé. Les guides de conception actuellement disponibles ne permettent toutefois pas de concevoir un système flexible qui permettrait de gérer les grandes variations de volume à traiter liées à la nature même des lixiviats (i.e. résultent entièrement des précipitations) et ne tiennent pas compte de la variation inter et intra-annuelle de l’évapotranspiration (ET) du saule. Cette thèse présente d’abord une revue de littérature de ET du genre Salix et de ses facteurs de variation les plus importants. Il apparaît que les conditions de croissance ont plus d’importance que l’identité spécifique et que la disponibilité en eau, la fertilisation et la contamination sont les principaux facteurs dictant l’ET des saules. L’effet de l’âge, du contexte expérimental, de la densité de plant et du type de sol n’a pas pu être clairement démontrés par cette revue. Ensuite, une étude portant sur le potentiel d’ET de S. miyabeana ‘SX67’ est présentée. Il est démontré qu’un modèle basé sur des paramètres foliaires et sur le déficit de pression de vapeur d’eau dans l’air permet de prédire l’ET de S. miyabeana en condition de marais filtrant. Cette étude permettra entre autres d’améliorer les plans de conception d’un éventuel marais de saules à effluent nul. Pour continuer, la réponse de S. miyabeana ‘SX67’ à différentes concentrations de lixiviat et à différents types de substrats a été étudiée. Ce cultivar s’est montré tolérant aux concentrations du lixiviat brut retrouvées sur un site d’entreposage de poteaux de bois traité. Le type de substrat a influencé la réponse du saule et ses performances écophysiologiques, en plus d’affecter la dynamique des contaminants. Finalement, la modélisation hydrologique d’un système à effluent nul par marais de saules permet de proposer une méthode de dimensionnement des différents compartiments du système pour atteindre un objectif d’effluent nul sur une période de 20 ans, ainsi que de proposer des solutions de conception et d’opération optimale. L’application du modèle au cas spécifique d’un site d’entreposage de poteaux de bois traité a permis d’évaluer la faisabilité, d’un point de vue hydrologique, de cette technologie dans le contexte climatique du sud du Québec. Sur la base de cette étude, la principale limite pour l’application des marais à effluent nul au Québec sont la surface de marais et le volume de stockage requis. Dans le cas où une étape de prétraitement efficace précède le marais de saule, la durée de vie du marais ne devrait pas être limitante et dépendra principalement de la durée de vie des végétaux. Cependant, le destin des contaminants dans le système, qu’il s’agisse de la disposition des contaminants accumulés à l’étape de prétraitement ou d’une éventuelle translocation de contaminants dans les parties aériennes des végétaux, devrait être considéré avant d’établir un système à effluent nul. Les résultats de cette recherche permettent, entre autres, de proposer les marais de saules à effluent nul comme une alternative intéressante pour le traitement d’eau contaminée au Québec. / During the last decades, a type of constructed wetlands, usually planted with willows, was developed to operate a water treatment system with zero effluent, by evapotranspiration. These zero liquid discharge wetlands are typically used for domestic wastewater treatment, but could also be an attractive alternative for other applications, such as contaminated leachate treatment. However, the design guidelines currently available do not allow for the design of a flexible system that would manage the large variations of volume to be treated related to the very nature of leachates (i.e. produced entirely from precipitation) and do not take into account inter and intra-annual variation of willows evapotranspiration (ET). This thesis first presents a literature review of ET for the genus Salix and its most important driving factors. It appears that growing conditions are more important than species identity and that water availability, fertilization and contamination are the main factors dictating ET in willow. The effect of age, experimental context, planting density, and soil type could not be clearly demonstrated by this review. Then, a study on the potential ET of S. miyabeana 'SX67' is presented. It is shown that a model based on foliar parameters and on the water vapor pressure deficit in the air makes it possible to predict the ET of S. miyabeana under wetland conditions. This study will, among other things, improve the design plans for a potential zero effluent willow wetland. To continue, the response of S. miyabeana 'SX67' to different leachate concentrations and different types of substrates was studied. This cultivar has been tolerant of raw leachate concentrations found at a treated wood pole storage site. The type of substrate influenced the willow response and ecophysiological performance, and affected the dynamics of the contaminants. Finally, the hydrological modelling of a system with zero effluent by willow bed makes it possible to propose a method of dimensioning for the different compartments of the system in order to reach a zero effluent objective over a period of 20 years, as well as to propose solutions for optimal design and operation. The application of the model to the specific case of a treated wood pole storage site made it possible to assess the hydrological feasibility of this technology in the climate context of southern Quebec. On the basis of this study, the main limit for the application of zero effluent willow bed in Quebec is the wetland area and the storage volume required. In the case where an effective pre-treatment step precedes the willow bed, the life of the wetland should not be limiting and will depend mainly on the lifespan of the plants. However, the fate of the contaminants in the system, be it the disposition of the accumulated contaminants at the pre-treatment stage or a possible translocation of contaminants into the aerial parts of the plants, should be considered before establishing a system with zero effluent. The results of this research make it possible, among other things, to propose zero-effluent willow wetlands as an interesting alternative for the treatment of contaminated water in Quebec.

La restauration écologique a été identifiée comme une approche permettant notamment de ralentir la perte de biodiversité et de maintenir tous les biens et services issus de cette biodiversité desquels dépend le bien être de notre civilisation actuelle. Cette restauration des écosystèmes se base sur des connaissances provenant à la fois de l'écologie des communautés et de l’écologie de la restauration. Les objectifs de la thèse sont donc de comprendre la dynamique d’une steppe méditerranéenne après changements d’usage ainsi que la mise en oeuvre de techniques qui pourraient être appliquées à la restauration de cet écosystème après une perturbation anthropique sévère. La thèse a pour objet d'étude la steppe méditerranéenne de la plaine de Crau, et notamment d’anciennes cultures pour étudier la recolonisation spontanée après perturbation et le projet de réhabilitation à grande échelle de Cossure pour les expérimentations sur les techniques de restauration. En ce qui concerne la dynamique après une perturbation anthropique exogène sévère, nous avons confirmé la faible résilience de la communauté végétale steppique à la fois à moyen (30-40 ans) et long terme (150 ans), tandis que les paramètres du sol et le taux d'infestation des mycorhizes sont résilients sur le long terme. En outre, nous avons confirmé le rôle joué par les trois filtres dans la recolonisation des communautés végétales. En ce qui concerne la steppe de la Crau, la recolonisation est déterminée en premier par le filtre abiotique, puis par le filtre de dispersion et enfin par le filtre biotique. Compte tenu de la faible résilience de la communauté, nous avons testé plusieurs techniques de restauration appliquées à grande échelle au sein du projet de réhabilitation de Cossure: le semis d’espèces nurses, l'étrépage de sol, le transfert de foin et le transfert de sol. Afin d'évaluer l'efficacité des techniques de restauration, nous avons développé des indices pour mesurer « l 'intégrité » de la structure de la communauté permettant de distinguer les abondances inférieures des abondances supérieures par rapport à la communauté de référence. Les meilleurs résultats ont été obtenus avec le transfert du sol, suivi par l’étrépage de sol, puis le semis d’espèces nurses et enfin le transfert de foin. Ces résultats ont toutefois confirmé la difficulté de restaurer totalement la communauté végétale steppique. Les recherches menées au sein de cette thèse montrent que les connaissances actuelles en matière de restauration écologique permettent de restaurer au moins partiellement certaines composantes de cet écosystème, mais suggèrent de mettre un maximum de moyens pour la conservation in situ des habitats naturels plutôt que de devoir les restaurer après qu'ils aient été détruits / Ecosystem restoration has been identified as one approach to slow down the loss of biodiversity and to protect all the biodiversity-based goods and services from which humankind benefits. Restoration feeds from knowledge coming from both community ecology and restoration ecology. The objectives of the thesis are to provide insights on both the dynamics of a mediterranean steppe after changes in land-use and the implementation of techniques which could be applied to restore this ecosystem after severe anthropogenic disturbances. The thesis takes as a study object the La Crau Mediterranean steppe, and especially former cultivated fields to study the recovery after cultivation and the Cossure large scale rehabilitation project to experiment rehabilitation and restoration techniques. Concerning dynamics after severe exogenous anthropogenic disturbances, we confirmed the low resilience of the steppe plant community both at mid- (30-40 years) and long-term (150 years) while the resilience of soil parameters and mycorrhizal infestation rate are effective on the long-term. Moreover we confirmed the role played by the three filters in the plant community recovery and found that for the La Crau steppe, this is firstly driven by the abiotic filter, then by the dispersion filter and finally by the biotic filter. Given this low resilience, we tested several restoration techniques applied at large-scale within the Cossure rehabilitation project: nurse species seeding, topsoil removal, hay transfer and soil transfer. In order to assess the efficiency of restoration techniques we developed indices to measure the community structure integrity, disentangling lower and higher abundances compared to the reference. The best results were obtained with soil transfer, followed by topsoil removal, then nurse species seeding and finally hay transfer. The research conducted for this thesis shows that current knowledge in ecological restoration makes it possible to restore at least partially some La Crau ecosystem components, but ought to lead us to understand the importance of in situ conservation of natural habitats as a better alternative to restore them after they were destroyed

Doctorat en environnement, Orientation urbanisme et aménagement du territoire / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Indiana University-Purdue University Indianapolis (IUPUI) / Land use alterations have been major drivers for modifying hydrologic cycles in many watersheds nationwide. Imbalances in this cycle have led to unexpected or extreme changes in flood and drought patterns and intensities, severe impairment of rivers and streams due to pollutants, and extensive economic losses to affected communities. Eagle Creek Watershed (ECW) is a typical Midwestern agricultural watershed with a growing urban land-use that has been affected by these problems. Structural solutions, such as ditches and tiles, have helped in the past to reduce the flooding problem in the upland agricultural area. But these structures have led to extensive flooding and water quality problems downstream and loss of moisture storage in the soil upstream. It has been suggested that re-naturalization of watershed hydrology via a spatially-distributed implementation of non-structural and structural conservation practices, such as cover crops, wetlands, riparian buffers, grassed waterways, etc. will help to reduce these problems by improving the upland runoff (storing water temporally as moisture in the soil or in depression storages). However, spatial implementation of these upland storage practices poses hurdles not only due to the large number of possible alternatives offered by physical models, but also by the effect of tenure, social attitudes, and behaviors of landowners that could further add complexities on whether and how these practices are adopted and effectively implemented for benefits. This study investigates (a) how landowner tenure and attitudes can be used to identify promising conservation practices in an agricultural watershed, (b) how the different attitudes and preferences of stakeholders can modify the effectiveness of solutions obtained via classic optimization approaches that do not include the influence of social attitudes in a watershed, and (c) how spatial distribution of landowner tenure affects the spatial optimization of conservation practices on a watershed scale. Results showed two main preferred practices, one for an economic evaluation (filter strips) and one for an environmental perspective (wetlands). A land tenure comparison showed differences in spatial distribution of systems considering all the conservation practices. It also was observed that cash renters selected practices will provide a better cost-revenue relation than the selected optimal solution.