Dans le contexte des changements globaux, la biodiversité en Méditerranée est menacée, notamment par une sécheresse plus intense, avec des modifications probables du fonctionnement des écosystèmes. Cette thèse étudie l’effet de la sécheresse accrue sur la végétation et la modulation des effets par la diversité végétale, par une expérimentation d’exclusion de pluie dans une garrigue au nord de Marseille avec un gradient naturel de diversité. Les performances des 4 arbustes dominants, la diversité spécifique et fonctionnelle, les relations interspécifiques et la relation diversité-productivité de la garrigue ont été étudiés sous deux niveaux de pluieAprès 2,5 années, les effets de la sécheresse accrue sur la performance des 4 arbustes dépendent de l’espèce et du paramètre évalués et peuvent être modulés par la diversité des co-dominantes. Q.coccifera parait plus résistante et résiliente, suivie de R.officinalis et finalement de C.albidus et U.parviflorus. Ceci s’explique en partie par leurs différentes stratégies d’acquisition, utilisation et conservation du carbone et de l’eau. Les traits foliaires et la diversité fonctionnelle et spécifique ne sont pas affectés significativement par la réduction des pluies, mais dépendent du nombre, l’identité et le recouvrement des dominantes. Au vu de l’effet différentiel de la sécheresse accrue sur les espèces dominantes, on peut s’attendre à un effet négatif indirect de la sécheresse sur la biodiversité et donc sur le fonctionnement de la garrigue. On confirme l’importance d’intégrer les facteurs biotiques dans les modèles visant à prévoir le fonctionnement et les services des écosystèmes dans le cadre du changement climatique. / In the global change context, the biodiversity in the Mediterranean is under threat, mainly due to the more intense drought, which could lead to modification of ecosystem functioning. This thesis focuses on the effects of higher drought on the aboveground vegetation and the modulation of these effects by plant diversity thanks to a precipitation exclusion experiment in a shrubland in the south of France whith a natural diversity gradient. The 4 dominant shrub species performances, the specific and functional diversity, the interspecific interaction, and the biodiversity-productivity relationship were studied under 2 rain levelsAfter 2,5 years the effects of increased drought on the 4 dominant shrub performances was species- and parameter-dependant and can be modulated by the diversity of the co-dominant species. Q. coccifera seems the most resistant and resilient, followed by R. officinalis and finally by C. albidus and U. parviflorus. This is partly explained by the different strategies of acquisition, utilization and conservation of carbon and water of the four species. The leaf traits, the functional and specific diversity are not significantly affected by the precipitation decrease, but they depend on the number, the identity and the cover of the dominant shrubs. Given the differential effect of higher drought on the dominant species performances, we could expect an indirect negative effect of drought on the shrubland diversity and so on ecosystem functioning. We confirm the importance of taking into account the biotic factors in models aiming to predict the ecosystem functioning and environmental risks and services under future in the climate change context

Cette thèse étudie par trois modèles et une expérience les effets des interactions entre le réseau vert (basé sur la production primaire) et brun (basé sur la décomposition) sur le fonctionnement des écosystèmes. Trois interactions entre les deux réseaux sont étudiées: 1) les nutriments recyclés par tous les organismes couplent les réseaux verts et bruns par une relation de mutualisme/compétition entre les producteurs primaires et les décomposeurs; 2) les consommateurs généralistes se nourrissent de proies des deux réseaux trophiques et 3) les connexions spatiales par les consommateurs généralistes mobiles en haut des réseaux trophiques et les flux de nutriments et de détritus en bas. Les résultats montrent que ces interactions peuvent affecter le fonctionnement des écosystèmes y compris les cascades trophiques, la stabilité et l'importance relative de la chaîne verte et brune. Ces résultats conduisent à (1) de nouvelles perspectives sur la modélisation du fonctionnement des réseaux trophiques, (2) des prédictions originales, (3) des nouvelles interprétations de résultats empiriques, (4) des idées sur des différences fondamentales de fonctionnement entre types d’écosystèmes, (5) des prédictions sur la réponses des écosystèmes aux changements globaux. / This thesis studies through three models and an experiment the important effects of the interactions between the green (based on primary production) and brown (based on decomposition) food webs on ecosystem functioning. Three interactions between the two food webs are studied: 1) nutrients recycled from all organisms in the food web couple the green and brown food webs through mutualistic/competitive interaction between primary producers and decomposers; 2) generalist consumers feed on prey from both food webs; and 3) the spatial connections between the two food webs through mobile generalist consumers at the top and through nutrient and detritus fluxes at the bottom of the food webs. The results show that these interactions may affect the ecosystems functioning including trophic cascades, stability and the relative importance of green and brown food chains. These results lead to new (1) insights on the way to model food webs, (2) predictions on food web functioning, (3) interpretation of empirical results, (4) ideas to compare the functioning of different ecosystem types and (5) predictions on food web responses to global changes.

L'évaluation des conséquences de l'érosion de la biodiversité sur le fonctionnement de divers écosystèmes est récemment devenue une problématique centrale de l'écologie. Par le biais de 4 expériences réalisées dans des cours d'eau de tête de bassin, nous avons montré que la diversité de la ressource, des organismes décomposeurs, et de leurs prédateurs peuvent altérer le processus de décomposition par le biais de différents mécanismes. Notamment, il est montré que des altérations concomitantes de la biodiversité à plusieurs niveaux trophiques peuvent avoir des conséquences synergiques sur le fonctionnement de ces écosystèmes et l'efficacité de la décomposition des litières. Ces résultats suggèrent que l'évaluation formelle des conséquences de l'érosion de la biodiversité nécessite une prise en compte plus systématique de l'influence de la complexité trophique sur la structuration des communautés et sur le fonctionnement des écosystèmes.

Dans un contexte de gestion des systèmes côtiers, l'approche développée dans cette étude -associer un suivi des paramètres environnementaux avec celui des peuplements pélagiques et benthiques- permet d'appréhender le fonctionnement global de l'écosystème. La veille écologique menée depuis plus de 20 ans en rade de Brest a fait apparaître un nouveau risque écologique (et économique): la prolifération d'un filtreur benthique exotique, compétiteur potentiel de la coquille Saint-Jacques, la crépidule Crepidula fornicata (L.). Ses mécanismes de prolifération étaient encore inconnus en rade, notamment concernant l'accélération récente (15-20 ans) du processus. L'approche multidisciplinaire de ce travail permet d'étudier les mécanismes d'adaptation et de régulation naturelle de la crépidule en rade de Brest face aux fluctuations naturelles de l'environnement (hydroclimat) et aux perturbations anthropiques (eutrophisation...) et d'identifier ses impacts sur le fonctionnement de l'écosystème.<br />Les causes de la prolifération actuelle de la crépidule en rade et ses impacts sur la structuration et le fonctionnement de l'écosystème ont été précisés : les filtreurs exercent un rétro-contrôle de la production primaire (filtration, biodépositions). L'analyse des conditions favorables à la prolifération de la crépidule a montré la place importante prise par cette espèce dans l'écosystème et a permis de mieux appréhender les processus d'évolution de son aire de répartition et de son stock. La description réalisée des peuplements benthiques soumis à cette invasion constitue un état de référence de la mégafaune de la rade en 2000. Les impacts de la crépidule sur l'écosystème (colonne d'eau, sédiment, biocénoses) ont été précisés. Des évolutions futures sont envisagées et des recommandations sont faites pour en limiter l'extension et pérenniser la pêcherie de coquilles Saint-Jacques en rade de Brest. Des perspectives sont proposées dans le cadre de la gestion intégrée de cet écosystème.