Depuis les 100 dernières années, la température de la Terre a fortement augmenté en raison des changements climatiques. Par exemple, le sud du Québec a connu des anomalies d’environ +1,2 °C depuis 1970. Or, deux conséquences possibles d’une telle augmentation de température sont (i) le déplacement des distributions géographiques des espèces vers des latitudes ou altitudes plus froides, et (2) une modification des communautés favorisant les espèces adaptées au chaud. À l’été 2012, l’inventaire floristique effectué par Gilles Marcotte et Miroslav Grandtner en 1970 a été reproduit dans le Parc du Mont-Mégantic. Ce site d’étude se distingue par un fort gradient altitudinal et une transition abrupte entre la forêt de feuillus et la forêt boréale, ce qui en fait un site propice à l’étude des questions reliées au climat. Ainsi, 48 parcelles de 0,1 et 0,2 acres (~400 et 800 m2) ont été inventoriées à 42 ans d’intervalle sur l’ensemble du parc. Ce mémoire vise donc à déterminer s’il y a eu des changements dans les communautés végétales du Mont-Mégantic, et si oui, si ces changements vont dans la direction prédite par le réchauffement climatique. Les résultats suggèrent un effet visible du réchauffement climatique puisque les espèces se sont en moyenne déplacées vers le sommet de façon notable, toutes strates confondues (8,5 ± 1,6 m par décennie). De plus, cette augmentation de l’altitude moyenne des espèces est cohérente avec une augmentation des Community Temperature Indices (CTI) et des Community Moisture Indices (CMI) des parcelles (0,2 ± 0,1 °C et -0,13 ± 0,05 unités arbitraires d’humidité, respectivement, en 42 ans), suggérant une représentation légèrement accrue des espèces adaptées au chaud et au sec. Ces résultats sont cohérents avec le réchauffement régional observé, puisque celui-ci peut réduire la disponibilité de l’eau. Par contre, un rôle potentiel du changement de régime de lumière a été mis en évidence, particulièrement pour les herbacées, qui sembleraient affectées par une ouverture accrue de la canopée par rapport à 1970. Finalement, considérant que la variation spatiale des CTI est équivalente au gradiant adiabatique de température (-0,55 °C/100 m d’altitude), nos résultats indiquent que les espèces végétales du Mont-Mégantic subissent probablement un retard les empêchant de se déplacer de manière à suivre l’augmentation de température observée. Les conclusions de ce mémoire soulignent que le réchauffement climatique peut mener à des changements visibles dans les communautés végétales, et ce, même lorsque ces communautés sont relativement bien protégées.

Un enjeu majeur de la génétique évolutive est de comprendre comment l'adaptation locale se développe en population naturelle, et comment les différentes forces évolutives y contribuent. Les études expérimentales d'adaptation locale utilisent couramment les gradients altitudinaux présentant une variation spatiale marquée des conditions environnementales. Dans ces conditions, on s'attend à ce que la différentiation génétique pour les caractères (traditionnellement mesurée par QST) et pour les gènes déterminant ces caractères (traditionnellement mesurée par FSTq) le long du gradient soit gouvernée de façon prédominante par la sélection et les flux de gènes, et peu influencée en revanche par la dérive génétique et la mutation. En particulier, des études théoriques ont montré un découplage entre QST et FST lorsque que les flux de gènes sont forts et/ou que la sélection est récente. Dans cette étude, nous avons testé cette hypothèse en combinant une approche de génomique expérimentale et des simulations dans des populations naturelles de hêtre commun (F. sylvatica) séparées de ~trois kilomètres et soumis à des environnements contrastés.Pour l'approche expérimentale, nous avons échantillonné 4 populations sur deux gradients altitudinaux sur le Mont Ventoux (avec une population à haute altitude et une à basse altitude sur chaque gradient). Cinquante huit gènes potentiellement impliqué dans la réponse aux stress abiotiques et dans le débourrement ont été séquencés sur un total de quatre-vingt seize individus, révélant 581 SNPs (Single Nucleotide Polymorphisms). Différentes approches ont été utilisées pour identifier les SNP outlier, présentant une différentiation plus forte qu'attendu sous un modèle neutre sans sélection. Le nombre de SNPs outlier identifié comme étant sous sélection s'est révélé être grandement dépendant de la méthode utilisé. La méthode fréquentiste a détecté de nombreux outliers alors que l'approche bayésienne n'a pu permettre de détecter des SNPs sous sélection. Par ailleurs, nous avons utilisé un modèle mécaniste individu-centré pour simuler les patrons de diversité phénotypique et génétique attendus le long du gradient pour la phénologie du débourrement végétatif, un caractère généralement adaptatif dans la réponse aux variations de température. Les résultats des simulations confirment que la différentiation génétique observée pour le caractère (QST) est généralement plus forte que celle observée au gène (FSTq), et que cette différentiation génétique au trait intervient dès la première génération. Toutefois, les tests d'outlier conduits sur le le modèle simulé ont révélé que plus de 95% des SNPs outlier sont des faux positifs. Comme dans l'approche expérimentale, l'approche Bayésienne ne s'est pas révélé suffisamment fiable pour détecter des QTLs dans des populations spatialement proche et génétiquement faiblement différentiée. Néanmoins une approche multi-locus basée sur un estimateur peu utilisé en génétique (le Zg) a révélé la forte corrélation inter-populations inter-gènes des QTLs confirmant les attendus théoriques. Toutefois, cette approche ne permet pas de détecter précisément les QTLs sans connaissance a priori sur les QTLs. En conclusion, les travaux de cette thèse mettent en évidence la rapidité des changements génétique qui interviennent en moins de 5 générations pendant la modification du climat, et la difficulté de détecter les gènes codant pour des traits complexes. / A major challenge in population genetics is to understand the local adaptation process in natural population and so to disentangle the various evolution forces contributing to local adaptation. The experimental studies on local adaption generally resort to altitudinal gradients that are characterized by strong environmental changes across short spatial scales. Under such condition, the genetic differentiation of the functional trait (measured by the Qst) as well as the genes coding for trait (measured by Fstq) are expected to be mainly driven by selection and gene flow. Genetic drift and mutation are expected to have minor effect. Theoretic studies showed a decoupling between Qst and Fst under strong gene flow and / or recent selection. In this study, I tested this hypothesis by combining experimental and modelling genomic approach in natural population of Fagus sylvatica separated by ~3 kilometres and under contrasted environments.Sampling was conducted in south-eastern France, a region known to have been recently colonised by F.sylvatica. Four naturally-originated populations were sampled at both high and low elevations along two altitudinal gradients. Populations along the altitudinal gradients are expected to be subjected to contrasting climatic conditions. Fifty eight candidate genes were chosen from a databank of 35,000 ESTs according to their putative functional roles in response to drought, cold stress and leaf phenology and sequenced for 96 individuals from four populations that revealed 581 SNPs. Classical tests of departure of site frequency spectra from expectation and outlier detection tests that accounted for the complex demographic history of the populations were used. In contrast with the mono-locus tests, an approach for detecting selection at the multi-locus scale have been tested.The results from experimental approaches were highly contrasted according the method highlighting the limits of those method for population loosely differentiated and spatially close. The modelling approach confirmed the results from the experimental data but revealed that up to 95% of the SNPs detected as outliers were false positive. The multi-locus approach revealed that the markers coding for the trait are differentially correlated compared to the neutral SNPs. But this approach failed to detect accurately the markers coding for the trait if no a priori knowledge is known about them. The modelling approach revealed that genetic changes may occur across very few generation. But while this genetic adaptation is measurable at the trait level, the available method for detecting genetic adaptation at the molecular level appeared to be greatly inaccurate. However, the multi-locus approach provided much more promise for understanding the genetic basis of local adaptation from standing genetic variation of forest trees in response to climate change.

Afin d’appréhender la réponse des forêts au changement climatique, la phénologie de six espèces d’arbres a été étudiée de 2005 à 2007 à la fois le long d’un gradient altitudinal (fournissant un gradient thermique d’environ 7°C), et en tests de provenances disposés à différentes altitudes. L’objectif était (i) de quantifier les variations phénotypiques des dates de débourrement et de sénescence in situ, (ii) de déterminer les variables climatiques à l’origine de ces patrons, notamment à l’aide de modèles phénologiques, et (iii) d’évaluer la variabilité génétique et la plasticité phénotypique de ces deux événements phénologiques. Nos résultats montrent que la température printanière affecte différentiellement les dates de débourrement des six espèces (de -1.9 jours /°C à -6.5 jours /°C respectivement pour le hêtre et le chêne) mais pas entre les populations d’une espèce. Concernant les dates de sénescence, nous avons mis en évidence que la température induit un fort décalage de cet événement chez le chêne et le hêtre (> 5 jours /°C), alors qu’aucun cline n’est détecté chez l’érable et le frêne. L’allongement de la saison de végétation en réponse à une augmentation de la température est ainsi principalement la conséquence d’une avance des dates de débourrement pour toutes les espèces, à l’exception du hêtre qui présente une plus forte sensibilité pour la sénescence. Les modèles phénologiques utilisés soulignent l’importance des températures printanières affectant les bourgeons en phase de quiescence, tandis que les températures froides hivernales susceptibles de lever la dormance des bourgeons ne semblent pas significativement influencer l’occurrence du débourrement. Concernant la sénescence, les modèles ont mis en évidence le rôle prépondérant de la température pour le chêne sessile et le hêtre, tandis que la photopériode et d’autres facteurs pourraient être impliqués chez le frêne et l’érable. Ainsi, les modèles prédisent que la durée de saison de croissance du chêne va augmenter plus rapidement que celle du hêtre dans les prochaines décennies, et que l’équilibre compétitif entre ces deux espèces en terme phénologique est susceptible d’évoluer vers des altitudes plus élevées. Enfin, nous avons mis en évidence que les différentes populations échantillonnées présentaient de fortes adaptations pour la phénologie et la croissance malgré leur proximité géographique. De plus, les normes de réaction obtenues démontrent, d’une part, l’existence d’une forte plasticité phénologique des espèces, et d’autre part que cette plasticité semble être une caractéristique intrinsèque de l’espèce. Ces résultats révèlent que les arbres ont des capacités adaptatives importantes concernant les traits phénologiques qui pourraient leur permettre, dans une certaine mesure, de faire face au réchauffement du climat. / To assess the response of forests to climate change, the phenology of six tree species was monitored from 2005 to 2007 both along an altitudinal gradient (providing a thermal gradient of about 7 ° C), and in provenance trials at various altitudes. The aim was (i) to characterize phenological patterns of leaf unfolding and leaf senescence timings in situ, (ii) to determine climatic variables responsible for these patterns, in particular using phenological models, and (iii) to assess the genetic variability and phenotypic plasticity of these phenological events. Our results showed that spring temperature differentially affected the leaf unfolding dates of the six species, with significant disparity in responses among species (from -1.9 days / ° C to -6.5 days / ° C for beech and oak, respectively) but not between the populations of a given species. Regarding the dates of senescence, we highlighted that temperature induced a strong shift of this event for oak and beech (> 5 days / ° C), while no cline was detected for sycamore and ash. The lengthening the growing season in response to an increase in temperature is thus mainly the result of an advance in flushing dates for all species except beech, whose growing season length changes were greatly resulting from shifts in senescence. Phenological models stressed the importance of forcing temperatures (effective during bud quiescence period), while the chilling temperatures (effective during dormancy) did not appear to significantly influence the occurrence of leaf unfolding. Concerning senescence variations , the models highlighted the role of temperature for sessile oak and beech, while the photoperiod and other factors could be involved in the ash and maple. Thus, for oak, the models predicted that the length of growing season will extend faster than the one for beech in the coming decades, and that the phenological competitive balance between these two species will likely to evolve towards higher altitudes. Finally, we showed that the sampled populations showed strong adaptations in phenology and growth in spite of their geographical proximity. Moreover, the reaction norms indicated, first, the existence of a strong phenological plasticity of species, and second, that this plasticity seemed to be an intrinsic characteristic of the species. These results underline that trees have consequent inherent adaptive capacities in phenological traits which may enable them to cope with global warming. However, the differences in phenological sensitivities among species suggest that global warming will significantly affect the competitive balance of species.

L'Amazonie, bien qu'elle soit essentiellement couverte par une forêt de basse altitude, possède quelques reliefs. Les travaux précédents ont montré que la Guyane en présentait deux types : les inselbergs et les sommets tabulaires sur roches basiques. Sur ces derniers, la végétation y est relativement uniforme entre les reliefs d'altitude et de nature géomorphologique comparables. Notre travail vise principalement à étudier la composition floristique le long d'un gradient altitudinal en s'appuyant sur plusieurs bioindicateurs. Pour ce faire, notre étude s'appuie sur l'utilisation de trois groupes de végétaux vasculaires : les Arecaceae, les Melastomataceae et les Ptéridophytes. L'étude confirme une variation de la composition à 500 mètres d'altitude mais également à des altitudes inférieures et supérieures en fonction des groupes étudiés.

Depuis les 100 derni??res ann??es, la temp??rature de la Terre a fortement augment?? en raison des changements climatiques. Par exemple, le sud du Qu??bec a connu des anomalies d???environ +1,2 ??C depuis 1970. Or, deux cons??quences possibles d???une telle augmentation de temp??rature sont (i) le d??placement des distributions g??ographiques des esp??ces vers des latitudes ou altitudes plus froides, et (2) une modification des communaut??s favorisant les esp??ces adapt??es au chaud. ?? l?????t?? 2012, l???inventaire floristique effectu?? par Gilles Marcotte et Miroslav Grandtner en 1970 a ??t?? reproduit dans le Parc du Mont-M??gantic. Ce site d?????tude se distingue par un fort gradient altitudinal et une transition abrupte entre la for??t de feuillus et la for??t bor??ale, ce qui en fait un site propice ?? l?????tude des questions reli??es au climat. Ainsi, 48 parcelles de 0,1 et 0,2 acres (~400 et 800 m2) ont ??t?? inventori??es ?? 42 ans d???intervalle sur l???ensemble du parc. Ce m??moire vise donc ?? d??terminer s???il y a eu des changements dans les communaut??s v??g??tales du Mont-M??gantic, et si oui, si ces changements vont dans la direction pr??dite par le r??chauffement climatique. Les r??sultats sugg??rent un effet visible du r??chauffement climatique puisque les esp??ces se sont en moyenne d??plac??es vers le sommet de fa??on notable, toutes strates confondues (8,5 ?? 1,6 m par d??cennie). De plus, cette augmentation de l???altitude moyenne des esp??ces est coh??rente avec une augmentation des Community Temperature Indices (CTI) et des Community Moisture Indices (CMI) des parcelles (0,2 ?? 0,1 ??C et -0,13 ?? 0,05 unit??s arbitraires d???humidit??, respectivement, en 42 ans), sugg??rant une repr??sentation l??g??rement accrue des esp??ces adapt??es au chaud et au sec. Ces r??sultats sont coh??rents avec le r??chauffement r??gional observ??, puisque celui-ci peut r??duire la disponibilit?? de l???eau. Par contre, un r??le potentiel du changement de r??gime de lumi??re a ??t?? mis en ??vidence, particuli??rement pour les herbac??es, qui sembleraient affect??es par une ouverture accrue de la canop??e par rapport ?? 1970. Finalement, consid??rant que la variation spatiale des CTI est ??quivalente au gradiant adiabatique de temp??rature (-0,55 ??C/100 m d???altitude), nos r??sultats indiquent que les esp??ces v??g??tales du Mont-M??gantic subissent probablement un retard les emp??chant de se d??placer de mani??re ?? suivre l???augmentation de temp??rature observ??e. Les conclusions de ce m??moire soulignent que le r??chauffement climatique peut mener ?? des changements visibles dans les communaut??s v??g??tales, et ce, m??me lorsque ces communaut??s sont relativement bien prot??g??es.

Un grand nombre d’espèces ont déjà subi des changements phénologiques ou des déplacements de leurs distributions en réponse aux changements anthropogéniques du climat. Comprendre comment les espèces vont réagir aux changements climatiques représente toutefois une tâche complexe puisqu’il existe une grande variabilité dans ces réponses. Cette variabilité peut être attribuée au fait que plusieurs facteurs influencent les réponses des espèces aux changements climatiques et que ces facteurs varient eux-mêmes spatialement. Dans ce mémoire, l’intensité d’interactions biotiques, soit la pollinisation et l’herbivorie, ainsi que la phénologie de la floraison sont comparées le long d’un gradient altitudinal menant à la limite de distribution altitudinale pour deux plantes de sous-étage, Erythronium americanum et Trillium erectum. Je teste en premier lieu si l’intensité de l’herbivorie et de la limitation pollinique augmentent à la limite de distribution altitudinale des espèces. Si cela est le cas, ces interactions peuvent limiter ces distributions et ainsi, le potentiel des espèces à déplacer leurs distributions face aux changements climatiques. Les résultats démontrent une augmentation de l’herbivorie et de la limitation pollinique à la limite de distribution altitudinale de T. erectum. Toutefois, la limitation pollinique devrait avoir un effet minime sur la limite de distribution altitudinale de cette espèce puisque le succès reproducteur des plantes est très peu diminué à cette limite. En se basant sur des études antérieures, la proportion d’herbivorie subie à proximité de la limite de distribution altitudinale devrait avoir des effets démographiques considérables et devrait ainsi affecter cette limite. Concernant E. americanum, l’herbivorie et la limitation pollinique sont restés constants et de faible intensité le long du gradient altitudinal. Ensuite, en disposant de quatre années de données de la phénologie de la floraison le long du gradient altitudinal étudié, je vérifie de façon préliminaire si le potentiel de flux génique est affecté par la date d’initiation du printemps, ce dernier se produisant plus hâtivement en réponse aux changements climatiques. Les résultats démontrent une diminution de l’écart temporel entre les pics de floraison des populations d’altitudes différentes lors d’années aux printemps plus hâtifs, ce qui indique une différence interpopulationnelle dans la réactivité phénologique. Toutefois, cette différence temporelle n’a pas entraîné une diminution du potentiel de flux génique. Je présente également une nouvelle méthode de mesure du potentiel de flux génique qui permet d’estimer plus efficacement ce dernier à partir de la phénologie comparativement aux méthodes actuellement utilisées.

Dans cette thèse, j'examine la dynamique de l'investissement parental et la fitness chez la mésange bleue eurasienne (Cyanistes caeruleus) dans les Pyrénées françaises, et j'évalue les différences potentielles dues à un gradient altitudinal qui crée une variation de "dureté" environnementale. J'ai utilisé de données observationnelles et expérimentales, recueillies de plus de 500 nids de mésanges bleues. Les conditions de reproduction sont " plus dures " en cas de températures plus froides et d'une élévation croissante. J'ai trouvé que l'altitude croissante conduit à une diminution du succès de l'éclosion. Néanmoins, la taille des couvées et la mortalité des couvées sont comparables à travers le gradient. Je suggère que les décisions initiales en matière de procréation, telles que le moment et la quantité de progéniture, déterminent fortement le succès d'une tentative de reproduction. Ces résultats ont des implications pour notre compréhension du succès de reproduction. / In this thesis, I examine parental investment and fitness in the Eurasian blue tit (Cyanistes caeruleus) in the French Pyrenees and assess potential differences due to an altitudinal gradient that creates variation in environmental "harshness". I used observational and experimental data, collected from over 500 blue tit nests. Breeding conditions are "harsher" due to colder temperatures with increasing elevation. I found that increasing altitude leads to decreased hatching success. Nevertheless, clutch size and brood mortality is comparable across the gradient. I suggest that initial reproductive decisions such as timing and amount of offspring produced heavily shape the success of a reproductive attempt. These results have implications for understanding reproductive success.

Les montagnes sont des hotspots de biodiversité dont les réseaux plantes-pollinisateurs constituent un élément central, et où les conséquences du réchauffement climatique sont déjà avérées. Malgré le nombre colossal d’espèces potentiellement affectées par la destructuration du mutualisme entre les angiospermes et leurs pollinisateurs dans ces écosystèmes, les patrons spatio-temporels des communautés de pollinisateurs le long des gradients altitudinaux sont toujours méconnus. La première partie de ce travail propose une analyse des effets de l’altitude et de la phénologie sur l’abondance et la diversité des insectes anthophiles le long d’un gradient altitudinal de 1700 m. Nous montrons qu’il existe une structuration altitudinale et trophique entre les principaux ordres de pollinisateurs (hyménoptères, diptères, coléoptères), avec une nette prédominance des diptères dès 1500 m d’altitude qui s’amplifie jusqu’à la limite supérieure du gradient (2700 m). Ces diptères appartiennent principalement à trois familles (Anthomyiidae, Empididae, Muscidae) qui se structurent également le long du gradient par l’altitude, la phénologie et le choix des plantes visitées. Leur biologie, efficacité pollinisatrice comprise, est encore largement méconnue. Dans un second temps, nous étudions l’écologie de la pollinisation et les causes évolutives du succès d’un groupe central de ces communautés anthophiles, les Empidinae. Nous avons mesuré 1) leur importance relative dans un réseau plantes-visiteurs à l’étage subalpin et 2) leur efficacité pollinisatrice par rapport à celles des autres visiteurs pour une plante de ce réseau (Geranium sylvaticum L.). Nous montrons que les visites d’une grosse espèce d’Empis produisent le même nombre de graines que celles de l’abeille domestique (Apis mellifera L.), pollinisatrice réputée très efficace. Ces résultats suggèrent un rôle majeur des gros Empidinae dans la pollinisation des plantes alpines. Pour comprendre le rôle de la floricolie dans la diversification des Empidinae et l’origine de leur abondance en altitude, nous avons construit une phylogénie moléculaire mondiale sur la base de 4 marqueurs et pour plus de 210 espèces. La plupart des clades d’Empidinae contiennent des espèces qui occupent diverses altitudes, indiquant qu’il n’y a pas de conservatisme de niche impliqué dans leur distribution le long du gradient. L’association angiospermes-Empidinae remonte à la période de fin de radiation des angiospermes et semble, par l’intermédiaire de l’allongement de la trompe, avoir favorisé la radiation évolutive de certains clades en parallèle avec celles des plantes à fleurs. Leur large distribution altitudinale et leur capacité à visiter des morphotypes floraux inaccessibles à d’autres floricoles pourraient leur conférer une importante résistance aux changements globaux. / Mountains are biodiversity hotspots, where the effects of global warming have already been demonstrated in numerous studies. Plant-pollinator networks are a central element of these ecosystems, but, despite the tremendous number of species potentially affected by the disruption of this mutualism, spatial and temporal patterns of pollinator communities along altitudinal gradients are still poorly known. The first part of this work analyses the effects of elevation and phenology on the abundance and diversity of anthophilous insects along a 1700 m altitudinal gradient. I show that the main orders of pollinators (Diptera, Hymenoptera, Coleoptera) are structured by elevation and foraging preferences, with an increasing predominance of flies from 1500 m altitude up to 2700 m, the upper limit of the gradient. Most of these fly species belong to four families (Anthomyiidae, Empididae, Muscidae and Syrphidae) which also segregate along the gradient according to altitude, phenology and the choice of flowering plants they visit. The systematics and biology of these taxa, including their pollination efficiency, are still largely under-investigated. Second, I studied the pollination ecology and the evolutionary causes of the success of empidine dance flies (Empidinae), a central group in these anthophilous communities. I measured 1) their relative importance in the plant-visitor network of a subalpine meadow; and 2) the pollinating effectiveness of their visits to Geranium sylvaticum L. relative to the other visitors. Visits by large species of Empis produced the same number of seeds as those by the domestic bee (Apis mellifera L.), a highly effective pollinator. Such results suggest a major role of large empidines in the pollination of alpine plants. To understand the role of anthophily in Empidinae diversification and the origins of their abundance at altitude, I built a worldwide molecular phylogeny for the subfamily. The resulting cladogram includes 212 species for which four molecular markers were sequenced (28S D1-D2, D4-D5, 16S mtDNA, COI). Most clades of Empidinae contain species occupying various altitudes, indicating that there is no phylogenetic niche conservatism involved in their distribution along the gradient. The association between Empidinae and Angiosperms dates back to the end of the angiosperm radiation and seems, through the lengthening of the proboscis, to have favoured the evolutionary radiation of several clades in parallel with flowering plants. Their wide altitudinal distribution, combined with their ability to visit floral morphotypes inaccessible to other anthophilous insects, could confer them a strong resistance to global changes.

Le changement climatique rapide auquel nous assistons actuellement est déjà en train de modifier le cycle de vie d’un grand nombre d’organismes. Des études basées sur des modèles d’enveloppe bioclimatique apportent des réponses mais ces prédictions de nouvelles aires de répartition ne tiennent pas compte d’une part de l’adaptation rapide des espèces (plasticité phénotypique et diversité génétique non neutre), et d’autre part des interactions interspécifiques ou de la dynamique des populations. Ce travail de recherche est centré sur les mécanismes permettant la persistance des individus dans un environnement changeant.Nous avons travaillé dans les Pyrénées françaises sur deux espèces à large répartition européenne (chêne sessile et hêtre commun) sur un gradient altitudinal de 1500 m de dénivelé correspondant en moyenne à 8°C d’amplitude thermique. Ce gradient a été répété dans deux vallées parallèles, distantes de 30 km. Basée sur l’étude de traits fonctionnels, nous avons caractérisé les variations altitudinales de traits morphologiques et physiologiques de ces caractères dans des conditions naturelles. Les capacités écophysiologiques apparaissent plus élevée pour le chêne et pour les populations de haute altitude, suggérant une adaptation locale à un environnement stressant. Dans une étude préliminaire, nous avons établi qu’il était nécessaire d’intégrer les variations de pression partielle de dioxyde de carbone et non se concentration dans les mesures d’échanges gazeux. Tous les traits fonctionnels mesurés en populations naturelles varient avec l’altitude. Ainsi la taille des feuilles diminue avec l’altitude tandis que les autres traits augmentent, avec des valeurs de 1.3 à 3.9 fois supérieures entre le haut et le bas du gradient tous traits confondus. Nous avons ensuite cherché à déterminer l’origine de ces variations phénotypiques. Une expérimentation en test de provenance a ainsi permis de déterminer les traits dont la variation in situ était en partie sous contrôle génétique. Les résultats de notre étude montrent que le gradient altitudinal a induit une différenciation génétique au niveau de la croissance, de la phénologie et de traits fonctionnels foliaires pour ces espèces, malgré la proximité des populations étudiées dans leur milieu naturel. Néanmoins, les capacités photosynthétiques pour le hêtre et la surface spécifique foliaire pour le chêne ne montre aucune différentiation génétique, ainsi que la densité stomatique pour les deux espèces. D’autre part, l’expérimentation de transplantations réciproques le long du gradient, a mis en évidence une forte plasticité phénotypique pour les deux espèces, ce qui suggère que les populations peuvent dans une certaine mesure répondre immédiatement aux variations climatiques rencontrées le long de ce gradient. Cependant, tandis que la température optimale pour la longueur de saison de végétation ne semble pas encore atteinte, les populations pourraient réagir négativement à une élévation de la température en terme de croissance. En conclusion, les mécanismes adaptatifs mis en évidence le long d’un gradient climatique naturel, pourraient permettre aux populations de faire face au changement climatique actuel. / The rapid climate change, which we are currently witnessing, is already modifying the physiology and distribution of species. Predictions of changes in species distributions do not take evolutionary mechanisms and biotic interactions into account. Our main objective was to assess the inherent adaptive capacities of tree populations by i) quantifying the phenotypic variations of functional traits with altitude and ii) studying the extent to which these variations are environmentally driven (phenotypic plasticity) and/or genetically fixed (adaptation). The study took place in the French Pyrenees along an altitudinal gradient range of 1500 m corresponding on average to 8°C of thermal amplitude. We focused on two broadleaved species with a wide European distribution (sessile oak and common beech). This gradient was repeated in two parallel valleys, distant from 30 km. Altitudinal trends were investigated for several morphological, physiological and phenological traits in natural conditions (in situ), in a common garden experiment and in reciprocal transplant experiments (RTEs). The phenotypic variability observed in situ showed significant altitudinal trends for all the studied traits and followed similar patterns for both species. We established that together with temperature, it was also necessary to integrate the variations of atmospheric gas partial pressure along the altitudinal gradient. In the common garden experiment, our results showed that the altitudinal gradient induced genetic differentiations for growth, leaf phenology and several morphological and physiological traits. This experiment made it possible to demonstrate, for both species, a weaker effect of genetic variations than in situ observed variations, suggesting a strong effect of the environment on leaf functional traits. A higher intrapopulation than interpopulation genetic variability was also observed for all traits. Finally, the reciprocal transplant experiments highlighted a high magnitude of phenotypic plasticity whatever the trait and the species.

Ce premier travail de thèse sur les plantes non vasculaires de La Réunion visait à mesurer et à expliquer la diversité des communautés de bryophytes à différentes échelles de perception. Les résultats ont confirmé que les bryophytes constituent un compartiment majeur de la biodiversité à La Réunion représentant actuellement 753 espèces. Cette étude en trois ans a mis en évidence la présence d'environ 100 taxons nouveaux pour l'île et une espèce nouvelle pour la Science ce qui souligne le besoin d'échantillonnage d'un tel groupe biologique. L'utilisation du site naturel expérimental que sont les coulées de lave du Piton de la Fournaise a permis d'étudier pour la première fois la dynamique de la végétation des bryophytes et de mettre en évidence une forte diversité spécifique le long d'une chronoséquence de six coulées de laves à basse altitude (~ 304 ans) et d'un gradient altitudinal (250 - 850 m) sur la coulée 1986. Cette diversité est principalement représentée par les hépatiques, plus particulièrement la famille des Lejeuneaceae. L'analyse de la distribution spatiale des bryophytes à une échelle fine le long de ces gradients a montré un turn over des microhabitats et de sa bryoflore associée en fonction de l'age des coulées et de l'altitude, et du rôle prédominant de la présence et la disponibilité de ces microhabitats dans la structuration des communautés bryophytiques. Vingt six groupements de bryophytes ont été caractérisés pour ces coulées. Le patron biogéographique des espèces recensées sur ces coulées de laves reflète principalement une origine africaine (66.5 % des espèces) suivi par des espèces à plus large distribution (pantropicale, paléotropicale, subcosmopolite et disjoncte entre l'Amérique et l'Afrique). A plus large échelle, cette étude s'inscrit dans un programme de recherches visant à obtenir une meilleure connaissance de la diversité bryophytique et de l'écologie des espèces pour la zone ouest de l'océan Indien (Réunion, Comores, Seychelles, Maurice, Madagascar) en vue d'une meilleure stratégie de conservation et de gestion du patrimoine naturel de ce hot spot de biodiversité.