Animals living in marine sediments (the second largest habitat on earth) play a major role in global biogeochemical cycling. By feeding on organic matter from settled phytoplankton blooms they produce food for higher trophic levels and nutrients that can fuel primary production. In the Baltic Sea, anthropogenic stresses, such as eutrophication and introductions of invasive species, have altered phytoplankton dynamics and benthic communities. This thesis discusses the effects of different types of phytoplankton on the deposit-feeding community and the importance of benthic biodiversity for fate of the phytoplankton bloom-derived organic matter. Deposit-feeders survived and fed on settled cyanobacterial bloom material and in doing so accumulated the cyanobacterial toxin nodularin. Their growth after feeding on cyanobacteria was much slower than on a diet of spring bloom diatoms. The results show that settling blooms of cyanobacteria are used as food without obvious toxic effects, although they do not sustain rapid growth of the fauna. Since all tested species accumulated the cyanotoxin, negative effects higher up in the food web can not be ruled out. Both species composition and richness of deposit-feeding macrofauna influenced how much of the phytoplankton bloom material that was incorporated in fauna or retained in the sediment. The mechanism behind the positive effect of species richness was mainly niche differentiation among functionally different species, resulting in a more efficient utilization of resources at greater biodiversity. This was observed even after addition of an invasive polychaete species. Hence, species loss can be expected to affect benthic productivity negatively. In conclusion, efficiency in organic matter processing depends both on pelagic phytoplankton quality and benthic community composition and species richness. / <p>At the time of the doctoral defense, the following papers were unpublished and had a status as follows: Paper 2: Manuscript. Paper 4: In press. Paper 5: Manuscript.</p>

La répétitivité de l’Eastern Mediterranean Transient et le changement climatique affecte les écosystèmes marins du Levantin. La compréhension des réponses du zooplancton à ces variations est donc d’une importance majeure pour les services écosystèmiques. Ce travail est le premier à étudier la variabilité saisonnière et interannuelle et les spectres de taille du zooplancton en relation avec l’environnement au point B2 (N34º14.856 ; E35º36.067, Liban Nord). Dans ce contexte, une série temporelle unique de 14 ans a été effectuée avec un filet de 52 µm et analysée à l’aide d’un système d’imagerie semi-automatique, le Zooscan, pour détecter un changement dans le système pélagique. Les résultats ont montré que la biomasse maximale du zooplancton a été couplée au bloom phytoplanctonique printanier. Alors qu’une abondance maximale de petits organismes a été observée en été suggérant une période de recrutement des organismes. Suite à l’EMT-like en 2005, la salinité a augmenté dans la zone d’étude et tout le bassin. L’abondance et la biomasse du zooplancton ont augmenté subitement, lié à une augmentation probable de la production du phytoplancton cependant masquée par un possible contrôle de type "top down". L’enrichissement de la couche de surface en nutriments anthropiques a mené à des périodes ponctuels plus ou moins productives. La structure en taille du zooplancton a varié en fonction des facteurs hydrologiques. L’analyse des pentes a présenté une variabilité interannuelle liée aux abondances du zooplancton. Tandis que les formes ont montré une domination des individus de grandes tailles en hiver et au printemps. Cette mesure automatique peut être utilisée comme proxy de changement dans l’écosystème pélagique. / The occurring of the cyclic Eastern Mediterranean Transient and the climatic change have effects on the Levantine marine ecosystem. Understanding the response of zooplankton to such variations is of importance for ecosystem services. This thesis represents a pioneer study in enlightening the seasonality and the interannuality, as well as the spectra size of the zooplankton at a fix point B2 (N34º14.856; E35º36.067, North Lebanon). In this context, a 14 years unique time-series was conducted by a 52 µm mesh size net and analyzed with a powerful synthetic index, the Zooscan to monitor changes in the pelagic system. The results found that the maximum zooplankton biomass was coupled to the phytoplankton spring bloom, whereas abundances increased in the summer possibly due to the recruitment. Following the EMT-like in 2005, the salinity increased in the study area and the whole basin. Zooplankton abundance and biomass increased abruptly possibly related to the enhanced primary production which is hidden by the "top down" control by zooplankton. Moreover, the nutrients enrichment of anthropogenic origin at the sea surface characterized the site by more or less productive occasional periods. The zooplankton size structure has also changed along the period depending on the hydrological factors. The spectral slope analysis showed an interannual variability according to the abundances. While the spectra shape analysis displayed a domination of big size individuals during winter and spring seasons. This automatic measurement highlighted the efficiency of detecting changes in zooplankton that can be related to broader ecosystem perturbation.

Forest is a resource that is increasingly utilized for multiple purposes. The balance between energy demands and the long-term capacity of ecosystems to support biodiversity and other ecosystem services is crucial. The aim of this project was to increase the knowledge on and to develop methods and tools for trade-offs and synergies analysis among forest ecosystem services based on different forest management policies. Paper I provides an overview of existing models for integrated energy-environment assessment. A literature review was conducted on assessment models and their ability to integrate energy with environmental aspects. Missing environmental aspects concern land use, landscapes and biodiversity. In Paper II a modelling framework was set up to link a landscape simulator with a habitat network model for integrated assessment of bioenergy feedstock and biodiversity related impacts in Kronoberg County. In Paper III we continued with the same management scenarios, while the analysis was expanded to five ecosystem services by developing the Landscape simulation and Ecological Assessment (LEcA) tool: industrial wood, bioenergy, forest carbon stock, recreation areas and habitat networks. In Paper IV we present two heuristic methods for spatial optimization – simulated annealing (SA) and genetic algorithm (GA) – to find optimal solutions for allocating harvest activities, in order to minimize the impacts on habitat networks. In Paper V, as response to the findings in Paper I, we linked the energy model MESSAGE with our LEcA tool for forest bioenergy demand assessment while applying environmental and transport restrictions, in a study of Lithuania. We found trade-offs between industrial wood production and bioenergy on one side, and recreation values, biodiversity, and to some extent carbon storage on the other side. The LEcA tool integrated forest simulation and management with assessment of ecosystem services, which is promising for integrated sustainability assessment of forest management policies. / <p>QC 20171023</p>

Deteriorating quantity and quality of wetland ecosystem services is a major challenge for the conservation of the Lawuba wetland: socioeconomically the most important wetland area in Swaziland. In response, this study was designed to assess local dependent communities’ factual knowledge of the benefits and threats to the wetland, and their attitudes towards its conservation. In addition, the study employed environmental valuation techniques to estimate the annual economic value of the wetland’s fibre provisioning services and four notions of resource rent associated with the harvested fibre: rent on fibre consumed on site as a final product; and rent on fibre transported for 90 kilometres to Manzini market where it is sold, either as a final product or used as an intermediate input in the production of handicrafts. The fibre ecosystem service was specifically selected on account of its socioeconomic significance. Value of the fibre provisioning service was estimated using market price-based methods, while the magnitude of the different notions of resource rent was estimated using the net price method. A random sample of 63 respondents was used to provide data on the benefits, threats, attitudes, and annual economic value which households attach to the harvested fibre. This sample also provided data used to compute the resource rent associated with fibre harvested and consumed on-site. A random sample of 5 respondents provided data used to compute the resource rent on fibre transported and sold in Manzini as a final consumption good. Finally, a random sample of 5 respondents provided data used to compute the resource rent on fibre manufactured at Lawuba and sold in Manzini. Households had high levels of knowledge of the benefits and threats to the Lawuba wetland. They also had positive attitudes towards its conservation. Chi-square and ANOVA tests rejected the null hypothesis of no association between household: (i) knowledge of the benefits derived from the wetland and income (F = 12.67, p = 0.000), (ii) knowledge of the threats endangering the wetland and education (χ2 = 38.474, p = 0.000), (iii) knowledge of the threats endangering the wetland and income (F = 7.25, p = 0.000), (iv) attitudes towards its conservation and income (F = 13.320, p = 0.000) and (v) attitudes towards its conservation and gender (χ2 = 11.854, p = 0.003). The value of fibre provisioning services was estimated at between US $20,310 and US $32,673 per annum, which translates to US $70 per capita per annum. Magnitude of the resource rent increased along the value chain as theory would predict. It was estimated at US $1.92 (for fibre harvested and consumed on site), US $2.27 (for fibre sold at Manzini as a final product), and US $18 (for fibre manufactured at Lawuba and sold in Manzini). Inasmuch as the study established a positive resource rent, no institutions currently exist for rent capture and appropriate re-investment to support sustainable wetland conservation. The study thus recommends the need to set up suitable resource management institutions. / Dissertation (MSc Agric)--University of Pretoria, 2014. / gm2014 / Agricultural Economics, Extension and Rural Development / unrestricted

Les toitures végétalisées sont des écosystèmes urbains et construits en essor constant en France et dans le monde. Elles sont associées à plusieurs services écosystémiques tels que la limitation du ruissellement des eaux de pluie vers les canalisations, la réduction des effets d'îlots de chaleur urbains ou l'augmentation de la biodiversité en ville. L'amélioration de la quantité et de la qualité des services écosystémiques attendus nécessite de comprendre l'influence des interactions entre les composantes de la toiture végétalisée, à savoir la composition du sol, sa profondeur et la communauté végétale, sur les multiples fonctions écosystémiques associées. Pourtant, ces interactions n'ont jamais été étudiées dans le contexte des toitures végétalisées. A l'aide d'expérimentations en milieu contrôlé puis en conditions réelles sur une toiture parisienne, nous avons cherché à comprendre comment les interactions entre les composantes des toitures végétalisées influencent des fonctions majeures liées aux cycles biogéochimiques du carbone, de l'azote et de l'eau, ainsi qu'à la pollinisation. Nous avons mis en évidence une influence majeure des interactions entre type de sol, profondeur du sol, espèces de plantes et diversité végétale sur (1) le niveau de réalisation des fonctions écosystémiques ainsi que (2) les interactions entre ces fonctions. Nous avons montré que le choix des composantes d'une toiture pouvait conduire à des compromis entre services écosystémiques. Nous proposons des pistes de conception et de gestion pour obtenir des toitures végétalisées multifonctionnelles. / Green roofs are urban constructed ecosystems, associated with multiple ecosystem services, such as urban heat island and stormwater runoff mitigation or support for biodiversity. Enhancing the quality and quantity of expected ecosystem services requires to understand how interactions between substrate composition, substrate depth and plant community affect multiple ecosystem functions. However, such interactions have never been studied on green roofs. Using experimental approaches under controlled and real conditions on a Parisian rooftop, we focused on the influence of soil-plant interactions on key ecosystem functions related to carbon, nitrogen and water cycles as well as pollination. We highlighted that interactions between substrate type, substrate depth, plant species and plant diversity affect (1) the level of ecosystem functions and (2) interactions between functions. We found that the choice of green roof components could lead to trade-offs between ecosystem services. We propose general guidelines for the conception and management of multifunctional green roofs.

L’écosystème digestif est sous l’influence de facteurs abiotiques et biotiques qui déterminent son équilibre et par conséquent influencent la santé digestive de l'hôte. Chez le lapin en croissance, un déséquilibre de l’écosystème caecal est associé aux entéropathies, responsables de mortalités importantes en élevage. La compréhension des interactions biotope – biocénose digestive permettra la mise en oeuvre de stratégies pour garantir l'équilibre de cet écosystème. Ainsi, le rôle des facteurs biotiques de stabilité l’écosystème digestif, tels que des microorganismes exogènes probiotiques, fait actuellement l’objet de nombreuses études, mais leur mode d’action sur la biocénose et le biotope reste encore peu clair. L’objectif de notre travail est de contribuer à la compréhension du fonctionnement de l'écosystème caecal chez le jeune lapin, soumis ou non à un stress nutritionnel et en présence ou non d'une flore exogène ajoutée. Il s'agit aussi, de faire une approche comparative des effets d'un même probiotique (S. cerevisiae) dans cet écosystème et dans le rumen de la vache, pour mieux décrire les mécanismes d'action d'une levure probiotique sur les relations biocénose-biotope. Dans ce but, nous avons mis au point et validé pour le caecum du lapin la mesure du potentiel redox (Eh), pour mieux juger de l'état d'anaérobiose du biotope caecal. Nous avons également validé un nouvel indicateur de l’inflammation générale (haptoglobine sérique) en réponse à l'application d'un stress nutritionnel ou d'un état sanitaire déficient. Comparé au rumen, le biotope caecal est un milieu très anaérobie, puisque son potentiel redox moyen est de -220 mV et ne varie pas avec l’âge (de 28 à 64 jours). La biodiversité de la biocénose bactérienne caecale, calculée à partir de leur empreinte moléculaire (CE-SSCP) est en moyenne de 5,0 (indice de Simpson). Chez l'animal touché par un dysfonctionnement digestif, nous observons une élévation du niveau général de l'inflammation (+70% du taux d’haptoglobine sérique), associée à une chute de l'activité fermentaire caecal (-50%) et une hausse du pH (+ 0,7), mais qui n'est pas associée à des variations d'Eh caecal ou de la diversité bactérienne. L'application d'un stress nutritionnel (déficience en fibres) entraîne chez le lapin une baisse de la concentration caecale en AGV totaux (-25%) et une hausse du pH (+0,1). Cependant, la déficience en fibres n’a pas d'effet marqué sur le Eh caecal, dont la moyenne est de -210 mV. De même, la diversité bactérienne n’est pas modifiée (5,3) par la réduction de la teneur en fibres de l’aliment et la similarité observée est de 76%. La teneur de fibres dans l’aliment n’influence pas non plus le niveau d'inflammation générale. L’apport de levures vivantes dans la ration du lapin tend à augmenter la diversité bactérienne (+10%), et peut élever le potentiel redox caecal de 25 mV caecal. Il n’affecte cependant pas la structure du microbiote bactérien caecal (similarité= 99%). Elle n’entraîne pas non plus de variation du taux d’haptoglobine. L'ingestion de levures vivantes a permis l’amélioration de la santé digestive par la réduction de la mortalité (jusqu'à -50%) pendant les périodes de forte mortalité où le taux d’haptoglobine sérique augmente d’environ 70%. L’effet de la levure observé ici dans le caecum du lapin diffère de celui observé dans le rumen de la vache, pour lequel on observe une baisse du potentiel redox et une hausse du pH, ce qui favoriserait l’activité des bactéries anaérobies strict transformant le lactate en propionate. La levure stabiliserait donc le biotope (pH, potentiel redox) qui favoriserait la croissance ou l’activité de certaines bactéries. Cette hypothèse reste encore à confirmer pour l'écosystème caecal du lapin, à l'aide méthode appropriées. / The digestive ecosystem is influenced by abiotics and biotics factors that determined its balance and consequently influenced the host digestive health. In the young rabbit, caecal ecosystem disorders are largely responsible for nonspecific enteropathies that cause livestock losses. Understanding biotope/biocenosis interrelationships would allow the development of new strategies that preserve the ecosystem balance. Thus, the role of biotic factors that stabilise the digestive ecosystem, such as probiotics is extensively studied, however their effects on biocenosis and biotope remain unclear. The aim of our work is to improve our understanding of the caecal ecosystem functioning, submitted or not to a nutritional stress and with or without addition of an exogenous flora. We also aimed to compare the effects of the same probiotic (S. cerevisiae) in the caecum and in the rumen (dairy cow), to improve our knowledge on the mechanisms of action of yeast probiotic on biocenosis and biotope. We have developed and validated the measure of redox potential in the caecum. We also validated for the growing rabbit, a new indicator of the general inflammation (haptoglobin) in response to the application of nutritional stress or under a deficient sanitary status. Compared to the rumen, the caecal biotope is very anaerobic, since its redox potential is meanly of -220mV, and do not vary with age (35-63d old). The biodiversity of the bacterial community in the caecum, calculated from fingerprint technique (SSCP), reached meanly 5.0 (Simpson index). In the rabbit having a digestive trouble, the seric haptoglobin concentration increased by 70%, while caecal fermentative activity dropped by 50%. In parallel, the caecal pH increased (+0,7 unit) whereas the redox potential and the bacterial diversity remain unaffected in the caecum. When the young rabbit is submitted to a nutritional stress (fibre deficiency), the caecal volatile fatty acids concentration dropped by 25%, while the pH increased by 0.1 unit. However, the fibre deficiency did not affect the caecal redox potential (meanly -210 mV). Similarly, the bacterial biodiversity in the caecum was not modified (5,3) according to dietary fibre intake, as well the bacterial community structure. Besides, the haptoglobin concentration remained similar with fibre intake. The live yeast added in the diet tended to increase the bacterial diversity (+10%), and could slightly increase the caecal Eh (+25 mV). Yeast have no effect on the structure of rabbit caecal microbiota (bacteria only), where the similarity is 99%. It does not change the serum haptoglobin level. In return, yeast addition improved the digestive health by reducing mortality rate by 50%, particularly during periods of high mortality, when the serum haptoglobin increased by 70%. The effect of yeast described in the rabbit caecum differed from that found for the cow rumen: yeast decreased the redox potential and increased the pH that favors the strict anaerobic bacterial activity. The live yeast thus would stabilise the biotope (pH, Eh) and would favor the growth and activity of specific bacteria. However, this hypothesis still remains to be confirmed for the rabbit caecal ecosystem, using pertinent methodology.

En Méditerranée, un Hotspot de biodiversité, des Aires Marines Protégées (AMP) ont été instaurées dès les années 1960 pour protéger la biodiversité marine pour des raisons éthiques, culturelles et fonctionnelles, du fait de la contribution au bien-être des individus. Aujourd’hui, la mise en œuvre des AMP s’inscrit dans un environnement institutionnel formalisé à différents échelons : national, méditerranée, européen, et global avec la Convention pour la Diversité Biologique (CDB). Dans ce contexte de gouvernance environnemental prometteur, le constat de la couverture de protection par les AMP demeure pourtant en-dessous des engagements pris par les pays riverains dans les différentes instances évoquées. Peu de moyens sont mis en œuvre et les AMP sont nombreuses à être peu effectives. Face à ce constat décevant les gestionnaires des AMP de Méditerranée ainsi que leurs partenaires se mobilisent pour le renforcement de la lutte contre la dégradation des biens communs que représente la biodiversité marine et côtière. L’objectif de cette thèse est de contribuer à cet effort en éclairant les éléments favorables à l’effectivité et l’efficacité des AMP. Les AMP, dont la finalité est la protection de la biodiversité, établissent des règles d’usages liés à la biodiversité marine et côtière et mettent en œuvre des activités spécifiques au sein d’un espace clairement défini. Ceci entraîne à la fois des contraintes et des opportunités pour la trajectoire de développement durable notamment celle du territoire écologiquement et socio-économiquement liée à l’AMP. Cette thèse vise à montrer que les AMP sont des dispositifs institutionnels qui s’inscrivent dans des systèmes socio-écologiques. Dans ce contexte, outre les mécanismes de résilience des écosystèmes, la capacité des AMP à générer des bénéfices pour le développement durable des territoires repose notamment, d’une part sur la capacité des parties prenantes à s’adapter au changement de règles, à faire face aux contraintes et à saisir les opportunités ; et, d’autre part, sur la capacité des AMP à s’appuyer sur des réseaux sociaux denses pour favoriser la conformité des comportements et donc l’effectivité de l’AMP. La première partie, centrée sur l’approche institutionnelle, permet de considérer les AMP au sein de leur système socio-écologique. Elle s’ouvre avec le premier chapitre qui définit le rôle attribué aux AMP à travers la construction de cet outil depuis le début du XXème siècle en s’appuyant sur la construction aux différents échelons imbriqués de notions cadre, telle que la biodiversité, le développement durable et la gouvernance du milieu marin. Le deuxième chapitre fait le bilan de la situation actuelle des AMP en Méditerranée face à leurs objectifs d’effectivité et d’efficacité. Une typologie réalisée à partir des AMP méditerranéennes est proposée afin de contribuer à la définition de stratégies différenciées pour renforcer des AMP existantes et à venir dans le bassin. Le troisième chapitre, qui clôt la Partie 1, analyse les AMP en tant que dispositifs institutionnels. Il éclaire la nature des effets et des enjeux liés à la création d’AMP, et discute la concrétisation de facteurs clés pour faciliter la réussite des AMP. La deuxième partie, centrée sur l’intégration des AMP dans le développement durable des territoires, s’ouvre avec le quatrième chapitre qui analyse la formation des bénéfices et des coûts générés par les AMP de Méditerranée sur le capital naturel, le capital humain et le capital social (et indirectement sur le capital physique) disponibles sur le territoire. Le dernier chapitre montre comment l’évaluation socio-économique des effets des AMP peut renforcer les AMP en dépassant les limites de l’évaluation économique concentrée sur certains bénéfices liés aux services écosystémiques ; par la réalisation de méthodes d’évaluation et des processus complémentaires qui encouragent l’engagement des parties prenantes auprès des AMP. / In the Mediterranean, a biodiversity Hotspot, Marine Protected Areas (MPAs) were introduced in the 1960s to protect biodiversity for ethical, cultural and functional reasons, as biodiversity contributes to the well-being. Today the AMP implementation is part of a formalized institutional environment at various levels: national, Mediterranean, European, and global with the Convention on Biological Diversity. In this promising context of environmental governance, protection cover by AMP yet remains below the commitments of riparian countries in the various governance bodies mentioned. Few resources are expanded and many MPAs are likely to be low effective. Given this disappointing finding the managers of Mediterranean MPA and their partners are gathering to strengthen efforts against the degradation of our common good that is marine and coastal biodiversity. The objective of this thesis is to contribute to this effort by enlightening elements favorable to the effectiveness and efficiency of MPAs.MPAs are intended to protect biodiversity and therefore establish rules related to the use of marine and coastal biodiversity and implement specific activities within their clearly defined space. This causes both constraints and opportunities for the sustainable development path especially that of territory environmentally and socio-economically connected to the MPA. This thesis aims to show that MPAs are institutional arrangements that are part of a social-ecological system. In this context, besides the mechanisms of ecosystem resilience, MPAs ability to generate benefits for the sustainable development of territories is based on the one hand on the ability of stakeholders to adapt to the change of rules, address the constraints and seize opportunities, and, on the other hand, on the ability of MPAs to rely on dense social networks to encourage behavior compliance and thus MPA’s effectiveness.The first part adopts an institutional approach that enables to consider MPAs in their socio-ecological system. It opens with the first chapter that defines the role attributed to AMP through the elaboration of this tool since the early twentieth century building on the construction at different levels nested of framework notions such as biodiversity, development sustainability and governance of the marine environment. The second chapter, looks over the current situation of MPAs in the Mediterranean in regard to their objectives of effectiveness and efficiency. A typology of Mediterranean MPAs is proposed to help the definition of differentiated strategies so as to strengthen existing and future MPAs in the basin. The third chapter, which ends the first part, analyzes the MPAs as institutional arrangements that enlighten on the one hand the nature of the effects and stakes related to the establishment of MPAs, and on the other hand, discusses the empirical forms of key success factors to facilitate MPAs.The second part, focusing on the integration of MPAs into the sustainable development of territories, opens with the fourth chapter which analyzes the formation of the benefits and costs generated by the Mediterranean MPAs on natural capital, human capital and social capital (and indirectly on physical capital) available in the territory. The last chapter shows that socio-economic assessment of the effects of MPAs can help strengthen MPAs, by going beyond the limits of economic valuation of particular benefits related to ecosystem services; and implementing complementary assessment methods and processes helping stakeholder engagement towards AMP.

Le but de cette thèse était de comprendre les liens entre deux processus de dégradation de la matière organique : la digestibilité du fourrage par les herbivores domestiques et la décomposabilité de la litière par la microfaune du sol. Nous avons fait les hypothèses suivantes : (i) les pratiques de gestion affectent la digestibilité et la décomposabilité des espèces, et (ii) en accord avec l’hypothèse de dominance, celles des communautés via des changements de leur structure fonctionnelle ; (iii) digestibilité et décomposabilité peuvent être estimées par un même « marqueur fonctionnel » facile à mesurer aux niveaux d’organisation de l’espèce et de la communauté. Ce travail a été réalisé dans des parcours du domaine expérimental de La Fage situés sur le Causse du Larzac (Aveyron). Nos résultats ont montré un effet des pratiques de gestion sur la digestibilité et la décomposabilité des différents organes (feuille, tige, partie reproductrice) : les espèces de parcours pâturés et fertilisés ont présenté une digestibilité et décomposabilité supérieures à celles des espèces de parcours uniquement pâturés. Des mesures effectuées à deux dates de récolte ont permis de mettre en évidence une baisse de digestibilité au cours du printemps dans les différents organes, principalement causée par une augmentation de leur teneur en fibre. Une relation positive entre digestibilité et décomposabilité a été montrée pour les feuilles et les tiges dans les deux types de parcours. Cette relation était fortement dépendante de la teneur en fibres des organes, qui peut être estimée de façon fiable par la teneur en matière sèche de ceux-ci : plus la teneur en fibres était élevée, plus la teneur en matière sèche était forte, induisant une faible digestibilité et une faible décomposabilité. Ces résultats ont également été démontrés à l’échelle des communautés pour la digestibilité et la décomposabilité, confirmant l’hypothèse de dominance : les propriétés des écosystèmes peuvent être prédites à partir de traits des espèces dominantes des différents parcours, et en particulier de leur teneur en matière sèche. La teneur en matière sèche est donc un marqueur puissant et facile à mesurer pour estimer la digestibilité et la décomposabilité de systèmes complexes. L’approche fonctionnelle de la diversité biologique basée sur les traits peut donc être utilisée comme un outil de diagnostic du fonctionnement des prairies permanentes afin d’adapter les pratiques de gestion selon les objectifs des éleveurs. / The aim of this thesis was to understand links between two degradation processes of organic matter: the forage digestibility by domestic herbivores and the decomposability of litter by soil microfauna. We hypothesized that: (i) management regimes influenced species digestibility and decomposability, and (ii) in agreement with the dominance hypothesis, those of communities through changes in their functional structure; (iii) digestibility and decomposability can be estimated by the same “functional marker” both at the species and community levels. This study was conducted in rangelands from the La Fage research station located on the Larzac Causse (Aveyron). Our results showed an effect of management regimes on the digestibility and decomposability of different organs (leaf, stem, reproductive part): species from grazed and fertilized grasslands had higher digestibility and decomposability than those from grasslands solely grazed. Measurements conducted at two harvest dates showed a decrease of digestibility of the different organs during spring, mostly due to an increase in fibre concentration. A positive relationship between digestibility and decomposability was found for leaves and stems in both management regimes. This relationship was strongly dependent on organ fibre content, which could be safely estimated by the dry matter content of these different organs: the higher their concentration in structural tissues, the higher their dry matter content, and the lower their digestibility and decomposability. These results were also found at the community level for both properties, thereby validating the dominance hypothesis: the digestibility and decomposability of communities could be predicted from the traits of dominant species found in each management regime, in particular their dry matter content. Dry matter content therefore appears as a powerful and easy to measure marker to estimate the digestibility and decomposability of complex systems. The trait-based approach to plant functional diversity can be used as a diagnostic tool to assess rangeland functioning, so as to modulate management practices according to farmer’s objectives.

La réglementation actuelle, reposant sur la loi de 1976 sur la protection de la nature, impose aux maîtres d’ouvrage de respecter le principe « éviter – réduire – compenser » lors de la conception de les projets d’exploitation et d’aménagement. Lorsqu’un projet n’a pu ni éviter ni réduire les impacts environnementaux, il est nécessaire de définir des mesures compensatoires pour les impacts résiduels qualifiés de significatifs. Concernant les écosystèmes marins, ces mesures font appel à des actions écologiques ainsi qu’à des mesures de gestion et d’amélioration des connaissances sur le milieu marin. Alors que le développement de l’activité économique maritime est encouragé, en particulier, suite aux appels à la croissance bleue (e.g. tourisme maritime, EMR, pêche, aquaculture, ressources minérales marines, biotechnologies, transport maritime, construction navale), il est primordial de questionner nos capacités à prendre en compte les impacts de ces activités. A partir d’un état des lieux de la compensation sur le milieu marin en France, il s’agit d’identifier les limites du système actuel et de proposer des pistes d’amélioration. Ces dernières peuvent être méthodologiques et techniques, liées à la prise en compte de nouvelles approches ou à l’émergence de nouveaux systèmes de gouvernance. A travers l’analyse d’une cinquantaine d’études d’impacts françaises, les pressions et impacts générés par différents projets d’aménagements (infrastructures portuaires, dragages, extractions de granulats, prises et rejets d’eau, etc.) sont examinés et la pertinence des mesures ERC proposées est discutée. Ensuite, en se basant sur une revue bibliographique, la faisabilité et l’efficacité des techniques d’ingénierie écologique (écoconceptions portuaires, bio-remédiation et techniques de restauration des herbiers, macro-algues, récifs coralliens, populations d’ichtyofaune et bivalves) sont évaluées au regard des exigences de la séquence ERC. Cette analyse permet de discuter de la notion d’équivalence écologique et de proposer un arbre de décision original. D’autre part, constatant que les mesures compensatoires proposées dans les études d’impact ne sont que très rarement dimensionnées, une méthode opérationnelle permettant d’évaluer les besoins compensatoires est élaborée. Cette méthode associe une analyse multicritère de l’état de l’environnement inspirée de l’Unified Mitigation Assessment Method (UMAM, méthode utilisée en Floride pour les impacts autorisés) et une évaluation plus fine à l’échelle d’un indicateur empruntée à l’Habitat Equivalency Analysis (HEA, développée par la NOAA pour la compensation des dommages accidentels). Il s’agit ensuite d’examiner l’utilisation actuelle de l’approche par les services écosystémiques dans la compensation à travers la réglementation, les standards internationaux et la littérature scientifique. L’objectif est d’étudier en quoi cette approche permettrait d’améliorer la mise en place de la compensation mais aussi d’en souligner les limites. Enfin, l’approche sociologique de l’acteur-réseau (Callon, Latour) permet d’analyser les différents types organisationnels ayant émergé autour de la compensation en Californie. L’objectif est de critiquer, à partir de situations constatées en France et aux Etats-Unis, les réponses formulées en termes de gouvernance par ces deux sociétés côtières exigeant un principe de compensation. Ce travail souligne la nécessité de mettre en place des mesures ambitieuses et efficaces de compensation afin que le développement économique maritime cesse de contribuer à l’érosion de la biodiversité. / My research topic is multidisciplinary combining geography, ecology and economics and addressing the efficiency of current marine offset practice. Building on a state of the art of current practice, I am working on a more prospective approach (compared to current research on mitigation targeting terrestrial ecosystems). By offset, I am referring to legal mitigation that consists in avoiding – reducing – offsetting adverse impacts of development projects such as dredging, port infrastructure, oil exploration, marine aggregate extraction, beach nourishment, etc. on marine and coastal ecosystems. Based on a review of around fifty French marine Environmental Impact Assessments (EIAs), I analyzed the assessment of impacts, the use of offset sizing methods (robust method to assess ecological losses due to development projects and ecological gains created by offset measures) and the kind of measures proposed. Within these EIAs, sizing methods were seldom used and the very few measures suggested to offset residual impacts could be questioned in terms of equivalency and appropriateness. These measures were either ecological engineering techniques (such as seagrass or coral restoration), management measures (used to reduce pressure on the impacted ecosystems through the funding of management measures in Marine Protected Areas for example) or even knowledge acquisition. Thus, I am also looking at the efficiency of ecological engineering techniques on marine and coastal ecosystems. My research mainly focuses on the offset of authorized impacts but could also deals with some aspects of the offset of accidental damages.

Les sols des friches industrielles sont souvent multi-polluées et représentent des surfaces toujours plus importantes présentant de forts enjeux sociaux-économiques. Leur réhabilitation passe par une bonne compréhension du fonctionnement écologique des sols, qui, en plus d’être pollués, présentent des structures et des teneurs en nutriments souvent inhabituelles. Malgré cela, une recolonisation par la faune, la flore et les microorganismes est généralement observée. La capacité de ces nouvelles communautés à restaurer et maintenir les fonctions clés des sols reste à évaluer, et cela semble indissociable de la mesure d’une ou plusieurs fonctions écosystémiques. La décomposition de la litière est un processus écosystémique clef permettant la réalisation des cycles biogéochimiques du carbone et des nutriments. Les processus de la décomposition dépendent à la fois de ses acteurs (faune et microorganismes) et de la qualité de la litière végétale. De ce fait, la réponse de cette fonction écosystémique à la pollution du sol intègre les effets de cette pollution sur les communautés de plantes, d’animaux, et de microorganismes, ce qui en fait un indicateur potentiellement pertinent pour évaluer les effets de la pollution sur le fonctionnement des écosystèmes du sol. L’objectif central de cette thèse a donc été d’étudier le fonctionnement des friches industrielles en se focalisant sur les effets délétères de la pollution des sols sur la décomposition de la litière de feuilles. L’hypothèse centrale découlant de cet objectif a été que la pollution des sols pouvait impacter la décomposition par deux voies d’action. (1) La première voie, directe, est constituée de l’ensemble des effets délétères que pourraient provoquer les polluants sur les acteurs de la décomposition dont dépend la bonne réalisation de cette fonction. (2) Concernant la deuxième voie d’action, nous avons supposé que la pollution, en entraînant des modifications de la physiologie des plantes, pouvait modifier les paramètres physico-chimiques de la litière et ainsi impacter de façon indirecte la décomposition des litières. Nos résultats ont permis de montrer l’absence de l’effet direct pour huit friches industrielles fortement polluées, et ce malgré des perturbations des communautés d’acteurs, avec notamment une augmentation de l’abondance des détritivores et une modification de la colonisation microbienne des litières sur les sites pollués. Ces résultats plaident en faveur d’une redondance fonctionnelle suffisante au sein de ces communautés, permettant de maintenir le processus de décomposition. Nous avons également montré un effet indirect positif de la pollution sur la décomposition. Cet effet résulte de l’amélioration systématique de la qualité de la litière, entraînant dans certains cas une augmentation de l’activité des acteurs de la décomposition. Par ailleurs, nous avons également montré une accumulation des polluants dans ces mêmes litières, en particulier le Zn et le Cd, polluants pouvant potentiellement produire des effets délétères sur les acteurs de la décomposition. Toutefois, la présence de ces ETM n’a pas semblé influencer la consommation des litières par certains acteurs de la décomposition de la litière. Cependant, ce résultat reste à valider in situ en présence de l’ensemble des communautés de détritivores. De nombreuses perspectives s’ouvrent à la suite de ces travaux. Parmi elles, il reste notamment à déterminer 1) quels sont les mécanismes (physiologiques) qui entrainent une augmentation de la qualité des litières produites sur les sols contaminés ? 2) comment des communautés différentes permettent d’assurer des taux de décomposition similaires ? et 3) quels sont les impacts de la consommation des litières provenant des sites contaminés sur le fonctionnement et la physiologie des détritivores ? / Brownfield soils are multi-polluted areas, which cover an increasing surface and thus present serious socio-economical challenges. A better understanding of the ecological functioning of these sites is mandatory for their restoration. In addition to the high pollution found at these sites, brownfields are characterized by a specific soil structure and occasionally also by particular nutrient contents. Despite these constraints, several brownfield are well colonized by plants, fauna and microorganisms. The capacity of these new communities to uphold main ecosystem function remains to be evaluated based on the measurement of one or several ecosystem functions. Leaf litter decomposition is critically important in driving carbon and nutrient biogeochemical cycles. This function depends on decomposition actors (fauna and microorganisms) but also on leaf litter quality. By that, leaf litter decomposition integrates effects of soil pollution on plant, animal and microorganism communities. Thus, leaf litter decomposition is a relevant indicator to evaluate pollution effects on the functioning of soil ecosystems. The main objective of this thesis was to study brownfields soil function by focusing on the impairment of soil pollution on the leaf litter decomposition. The main hypothesis was that soil pollution could negatively affect leaf litter decomposition by two different ways. (1) By direct effects, resulting from adverse effects of soil pollution on decomposition actors, and (2) by indirect effects, assuming that soil pollution will induce modifications of the plant’s physiology, resulting in changes in leaf litter quality and subsequent effects on the decomposition. Our results revealed the absence of direct negative effects for eight highly polluted sites, despite a disturbance of decomposer actors, specifically the increase in abundance of detritivores and a modified microbial colonization of the leaf litter at the polluted sites. These results are in favor of a sufficient functional redundancy of decomposer actors in the local communities, which allowed the maintenance of the decomposition process. We also showed a positive indirect effect of soil pollution on the decomposition. This effect resulted from the improvement of litter quality produced at the polluted sites. This induced, at least for some sites, an increase of the decomposition rate, possibly due to a higher activity of decomposer actors. Furthermore, we also observed pollutants accumulation in these litter, especially Cd and Zn. These pollutants could potentially impair decomposition actors. Whatever, presence of these pollutants in litter did not impair litter consumption by some detritivores. Numerous perspectives can be developed from this study. Among them it seems specifically important to evaluate: 1) which are the (physiological) mechanisms behind the increase in leaf litter quality at polluted sites? 2) How can different communities assure the same decomposition rates at polluted sites? and 3) Are there negative effects observed on the performance and physiology of detritivores when consuming leaf litter from polluted sites ?