Lors de l'irrigation des cultures de tomate produites en serre, une partie importante de l'eau enrichie en engrais est rejetée dans l'environnement afin de contrôler la conductivité électrique du milieu de culture et l'équilibre ionique de la solution du sol. Plusieurs contraintes limitent la réutilisation de cette eau, par exemple une surcharge de l'eau en ions sulfates (SO₄²⁻) et la présence d'agents pathogènes, comme Pythium ultimum ou Fusarium oxysporum. Les objectifs de cette recherche étaient de (1) réduire les SO₄²⁻ en présence d'ions nitrates (NO₃⁻), (2) éliminer les agents pathogènes P. ultimum et F. oxysporum présents dans l'effluent de serre, (3) évaluer l'effet suppresseur de ces eaux traitées envers la pourriture pythienne, (4) comparer la croissance de plants de tomate irrigués avec les eaux traitées par les marais, (5) comprendre l'effet de différents amendements de C dans les marais filtrants sur la diversité métabolique et phylogénétique des populations microbiennes, et finalement (6) évaluer la capacité de bioréacteurs passifs à réduire les SO₄²⁻en présence d'ions NO₃⁻ , et à éliminer les agents pathogènes P. ultimum et F. oxysporum. Nos résultats ont démontré l'importance de la quantité et de la qualité de la source exogène de carbone (C) pour réduire les ions NO₃⁻ et SO₄²⁻. Pour un enlèvement optimal de SO₄²⁻et de NO₃⁻ (99 %), l'apport de C exogène doit atteindre les seuils C :N = 3,4 et COD: SO₄²⁻= 0,36. D'autre part, les marais filtrants ont été performants (99,99 %) à réduire les agents pathogènes P. ultimum et F. oxysporum, notamment par l'adsorption de ceux-ci au biofilm formé et par la production d'enzymes extracellulaires par les microorganismes. Le traitement des effluents par les marais confère également à l'eau des propriétés suppressives envers la pourriture pythienne. La quantité et la qualité du contenu en carbone utilisé pour amender les AWs ont eu une forte incidence sur l'activité métabolique des microorganismes pour l'utilisation des sources de N, P et S. Finalement, l'utilisation de bioréacteurs passifs a montré, par une activité microbienne importante, une efficacité similaire aux marais filtrants pour réduire les ions sulfates en présence de nitrates. De plus, les bioréacteurs passifs ont été aussi performants que les marais pour éliminer les agents pathogènes étudiés. L'utilisation des marais filtrants et des bioréacteurs constitue une alternative durable pour le traitement des effluents de serre.

Ce projet vise à améliorer l’efficacité des marais à éliminer les éléments minéraux présents dans les effluents provenant de cultures de tomates hors sol. Selon nos résultats, les ssh végétalisés de Typha latifolia et combinés avec un apport en carbone ont rendu plus efficace le traitement des effluents de cultures en serre. De plus, parmi les trois types de marais à l’étude (ssh, ssv et sh), les ssh semblent être les mieux adaptés pour traiter des effluents très chargés en éléments minéraux. Toutefois, les émissions de GES ne sont pas à négliger dans les ssh. Afin d’accroître la performance de traitement en terme de charge polluante ionique, des marais en série devraient être utilisés. Selon l’un de nos essais, le traitement des effluents par trois ssv en série a éliminé efficacement les différents minéraux en dessous de la limite permise au Québec.

Bien que de nombreuses incertitudes demeurent sur la rapidité, l'amplitude et la répartition géographique du changement climatique, sa réalité fait aujourd'hui consensus au sein de la communauté scientifique, et l'occurrence des sécheresses et des dégradations du couvert végétal et des zones humides dans tous les continents soulignent l'importance de ce phénomène. Les pays de l'Afrique du nord, et la Tunisie en particulier, sont parmi les régions les plus vulnérables à cause de leurs situations géographiques particulières limitées par le Sahara au sud et la mer au nord. Dans ce contexte de changement global, le suivi spatio-temporel de l'état de surface en Tunisie permettra de comprendre l'étendue, l'amplitude et le déroulement de ce phénomène dans la région. Les images satellitaires hebdomadaires de MODIS-Terra épurées des effets atmosphériques, des nuages et de leur ombre et ayant de bonnes résolutions temporelle et radiométrique sont un bon outil pour le suivi temporel de l'état de surface. Ainsi, des méthodes de classification non supervisée (ISODATA) et supervisée (Maximum de vraisemblance et Fuzzy) sont utilisées pour les classifier. Elles aboutissent à des séries temporelles traduisant l'évolution des surfaces occupées par les sols secs, les sols humides, la végétation et les plans d'eau de 2000 à 2009 ainsi qu'à la détection de leur changement. L'analyse spectrale et le filtrage numérique ont servi pour montrer que l'évolution temporelle de ces quatre classes est à la base annuelle, et qu'elle est liée à la pluviométrie. Cependant, une variabilité à grande échelle, à l'ordre de 8-9 ans, peut être mise en question à cause de sa faible puissance dans les séries temporelles de 10 ans obtenues.

La productivité, la décomposition et le recyclage des nutriments sont faibles dans les polygones de tourbe de l’île Bylot. La présence de la Grande oie des neiges pourrait y modifier ces paramètres, car ses fèces contiennent des nutriments facilement assimilables. Il faut cependant considérer l’abondance des mousses. Le rôle important des mousses dans la dynamique des milieux humides a été confirmé par cette étude. À court terme, elles séquestrent les nutriments ajoutés par les fèces. Les plantes broutées ont accès aux nutriments uniquement lorsque les mousses sont saturées et que les nutriments atteignent leurs racines. La décomposition et le recyclage des nutriments ne sont pas affectés. Il semble donc qu’à court terme, l’effet fertilisant de l’oie n’est visible que sur la croissance des mousses. En résultat secondaire, cette étude a démontré que la technique des marqueurs naturels est la plus appropriée pour estimer la production primaire des mousses dans les milieux humides arctiques. / Productivities, decomposition rates and nutrient turnovers are low in polygon fens of Bylot Island. The Greater snow geese population could modify these parameters since goose faeces contain nutrients that are easily uptaken. However, it is important to consider the moss carpet. This study showed that mosses play an important role on the polygon fen dynamic by sequestrating the nutrients added by goose faeces. Grazed plants were able to uptake nutrients only when the mosses are saturated and consequently, when nutrients reach their roots. The decomposition rates and the turnover of nutrients were not affected by nutrient additions. In addition, in the short-term, it seems that fertilizing effect of geese was visible only on moss growth. As a secondary result, this study showed that innate marker method is the most appropriate to estimate moss primary production in arctic wetlands.

Les fonctions écologiques des milieux humides permettent de fournir des biens et services écologiques utiles à la société, dont plusieurs sont critiques à notre survie. Par contre, ces milieux humides subissent souvent de nombreuses perturbations anthropiques modifiant leur capacité à fournir ces biens et services écologiques. Incidemment, leurs fonctions écologiques sont dégradées. Elles représentent l’élément clef dans la démarche proposée pour évaluer l’état des milieux humides. Le projet a débuté par l’analyse des sites d’étude au Québec, soient les bassins versants des rivières Yamaska et Bécancour. Par la suite, les fonctions écologiques ont été sélectionnées (support d’habitats fauniques, régulation des débits de crues et rétention des sédiments) et caractérisées pour leur associer des indicateurs spatiaux mesurant leurs caractéristiques selon le développement durable. Une approche multiéchelle a été intégrée pour diviser le territoire lors de la cartographie des indicateurs spatiaux afin de poser un diagnostic (sous-bassin : niveau stratégique) et cibler l’intervention (microbassin : niveau tactique). L’approche multitemporelle a permis, ensuite, de cartographier ces indicateurs pour différents horizons temporels : la situation historique de 1984, l’état actuel de 2011 et deux scénarios de simulation en 2050, soient une vision pessimiste et optimiste quant à la gestion des milieux humides. Ces analyses spatiales ont été combinées pour proposer un outil d’aide à la décision permettant de cibler des secteurs problématiques. En considérant les trois fonctions écologiques, une tendance générale est constatée pour chaque bassin versant. C’est à l’ouest de la rivière Yamaska, près de Saint-Hyacinthe, et dans la portion est de la rivière Bécancour, autour de Thetford Mines, que les fonctions écologiques procurées par les milieux humides sont en déficit. De plus, les fonctions du support d’habitats fauniques et de régulation des débits de crues comportent le plus grand nombre de secteurs problématiques pour les bassins versants des rivières Yamaska et Bécancour, respectivement. Le développement d’indicateurs spatiaux selon des approches multiéchelle et multitemporelle a permis de proposer une solution innovante pour la gestion des bassins versants en tenant compte des fonctions écologiques procurées par les milieux humides. De plus, l’intégration de l’aspect de durabilité est un avantage considérable dans l’élaboration d’un outil d’aide à la décision pour les intervenants.

La conservation des mares temporaires implique la connaissance, à la fois de leur fonctionnement et de leurs dynamiques temporelles, à court et long terme. La thèse, réalisée sur une mare temporaire du plateau gréso-quartzitique de Benslimane, s'organise en trois volets. (1) Le premier concerne la relation entre le pollen de surface et la végétation hydrophytique locale, dans le but d'établir un référentiel actuel pour l'étude paléoécologique de la mare. Les résultats obtenus montrent que la zonation de la végétation de la mare est correctement reconstruite à partir des enregistrements polliniques. Trois taxons clés (Isoetes velata-type, Myriophyllum alterniflorum, Ranunculus-type) peuvent être utilisés pour reconstituer la structure végétale passée. (2) Le second volet concerne l'histoire de la mare, en associant les données de la littérature et les données paléoécologiques obtenues à partir d'un sondage. Les résultats permettent de dater l'origine de la mare entre 1 million et 700 000 ans avant aujourd'hui. Ils témoignent de la conservation de la topographie régionale, par bilan sédimentaire négatif, jusqu'à environ 5000 cal. BP. A cette époque, le changement du fonctionnement morphogénétique de la mare, probablement lié au développement des pratiques agro-pastorales, a entraîné le comblement progressif de la mare. L'intensification des activités humaines constitue à moyen terme la principale menace concernant les mares du plateau de Benslimane, et par voie de conséquence, sur la préservation du plateau lui-même, que les mares protègent de l'érosion. (3) Le dernier volet apporte enfin un éclairage sur les processus mis en jeu dans la régénération de la végétation après micro-perturbations. Les résultats montrent une restauration rapide des microsites perturbés par dispersion proximale et effet de bordure. Toutefois, la dynamique de recolonisation reste liée aux conditions hydrologiques locales / Conservation of temporary pools implies the knowledge, about both their functioning and their temporal dynamics, on the short and the long term. The thesis, dealing with a temporary pool of the limestone-quartzite Benslimane plateau, is organised in three sections. (1) The first one concerns the relationship between the surface pollen and the hydrophytic vegetation, in order to establish a modern reference for the paleoecological study of the pool. The results show that the vegetation zonation is correctly reconstructed from the pollen records. Three key taxa (Isoetes velata-type, Myriophyllum alterniflorum, Ranunculus-type) may be used for reconstructing the past vegetation structure. (2) The second section deals with the pool history, by combining data from literature and palaeoecological data obtained from a sediment profile. Results allow dating the origin of the pool between 1 million and 700,000 years before today. They attest the conserv ation of the regional topography, by negative sedimentary balance, until ca. 5000 cal. BP. Then, the change of morphogenetic functioning of the pool, probably related to the development of agro-pastoral practices, resulted in the progressive filling of the pool. In the medium term, the intensification of human activities constitutes the main threat concerning the Benslimane pools, and consequently, on the conservation of the whole plateau, protected from erosion by pools. (3) The last section finally highlights the processes implied in the regeneration of the vegetation after micro-disturbances. The results show a fast restoration of the disturbed microsites by proximal dispersal and border effect. However, the recolonisation dynamics remains dependent on local hydrological conditions.

Ce mémoire visait à déterminer les pratiques et les facteurs favorables au succès des réintroductions du carex faux-lupulina (Carex lupuliformis), une espèce vivace menacée poussant dans divers types de milieux humides ouverts du nord-est de l’Amérique du Nord. Pour répondre à cet objectif, des expériences de germination en serres ont été réalisées, et la survie, la vigueur et le microhabitat de chaque plant de carex faux-lupulina connu au Québec (sauvage ou réintroduit) ont été mesurés. Nos résultats montrent que le carex faux-lupulina est une espèce facile à propager ex situ. Une stratification froide (4°C) des semences dans du sable humide pendant un mois induit des taux de germination élevés. Nos résultats montrent également que des pucerons exotiques, ainsi qu’une transplantation dans des habitats inadaptés aux besoins de l’espèce en termes d’humidité du sol et de lumière disponible, ont causé la mort prématurée d’un grand nombre de transplants. Notre programme de réintroduction a permis d’établir une nouvelle population de l’espèce au Québec, et a potentiellement permis de sextupler la taille des populations de la province. Globalement, cette étude a permis de mieux comprendre l’écologie du carex faux-lupulina, et ainsi de faciliter la restauration de ses populations. / This study aimed to determine the practices and factors influencing the success of the reintroductions of false hop sedge, an endangered perennial species growing in North American open wetlands. To do so, germination experiments were performed, and the survival, vigour and microhabitat of each false hop sedge plant known in Québec (wild or reintroduced) were measured. Our results show that false hop sedge is easy to propagate ex situ. A cold stratification (4°C) of seeds in wet sand for one month induced higher germination rates. Our results also show that exotic aphids, as well as a transplantation in habitats that did not meet the false hop sedge requirements in terms of soil moisture and available light, caused the premature death of many transplants. Our reintroduction program allowed the establishment of at least one new false hop sedge population in Québec, and potentially contributed to sextupling the size of the provincial population. Overall, this study allowed us to better understand the ecology of false hop sedge, and thus facilitate the restoration of its populations.

En Afrique, la contamination des zones humides par les métaux et les pesticides va se poursuivre durablement. Pour autant, le statut toxicologique de ces milieux reste trop peu documente. Le but du présent travail est d’estimer la valeur du varan du Nil (Varanus niloticus) en tant qu’espèce sentinelle pour la contamination des zones humides continentales d’Afrique sub-Saharienne. Plomb, cadmium, et pesticides organochlorés et organophosphorés ont été quantifies, par spectrométrie d’absorption atomique et chromatographie gazeuse (respectivement), dans plusieurs tissus provenant de 71 spécimens issus de quatre sites (au Mali et au Niger) juges a priori inégalement contamines. Bien que des différences claires apparaissent, la contamination environnementale s’avère modérée sur les quatre sites, et ne semble pas constituer un risque notable pour les varans ni pour les humains qui s’en nourrissent occasionnellement. Toutefois la variabilité interindividuelle est importante. Les organotropismes des polluants détectés sont cohérents avec ceux préalablement décrits. Si l’on n’a pu mettre en évidence de différence liée au sexe en ce qui concerne les pesticides, les femelles présentaient des charges en métaux supérieures. La relation entre d’autres facteurs (taille, proportion de graisse) et les concentrations tissulaires a également été considérée. Les varans sont susceptibles de révéler des différences subtiles de contamination environnementale entre sites, et la résolution spatiale de l’outil semble très fine. La possibilité pratique d’utiliser cet indicateur se trouve donc validée. Un travail expérimental sur des varans captifs a par ailleurs été mené pour approfondir l’étude / In Africa, metal and pesticide contamination of wetlands is supposed to continue on a permanent basis. However, the ecotoxicological status of these ecosystems remains poorly documented. The aim of the present work is to assess the value of the Nile monitor (Varanus niloticus) as a sentinel species for the environmental contamination of continental wetlands in sub-Saharan Africa. Lead and cadmium on the one hand, and organochlorine and organophosphate pesticides on the other, have been quantified in several tissues by atomic absorption spectrophotometry and gas chromatography, respectively. Samples come from 71 specimens originating from four sites considered unequally contaminated (in Mali and Niger). Although clear differences appear between sites, the environmental contamination turns out to be moderate at the four sites, and does not seem to represent a significant risk neither for the monitors themselves, nor for occasional human consumers. However, the interindividual variability is important. The organotropisms relative to the detected pollutants are consistent with those described in previous studies. Concerning the pesticides, no gender effect has been found, whereas females were more contaminated by metals. The relation between other factors (size, proportion of fat) and tissue concentrations has been considered too. Nile monitors can reveal subtle differences in local pollution and the spatial resolution of this tool seems to be very sharp. Its practical relevance is thus validated. Additionally, an experimental work has been carried out on captive monitors to go into the subject in greater depth

Les prairies semi-naturelles constituent des espaces multifonctionnels susceptibles de rendre de nombreux services à la société. Ce sont en particulier des agro-écosystèmes favorables à l’expression d’une grande diversité floristique et faunistique permettant de concilier enjeux écologiques et agronomiques. Ce travail de thèse vise à analyser (i) l'influence des facteurs environnementaux sur l'assemblage des communautés in situ et (ii) les relations entre la structure fonctionnelle des assemblages (i.e. valeurs de traits agrégées et diversité fonctionnelle) et leurs performances (i.e. production de biomasse et digestibilité de cette biomasse). Cette étude s'appuie sur des approches expérimentales et de terrain dans les prairies humides pâturées du Marais Poitevin. Nos résultats montrent des réponses très différentes des traits aériens et racinaires étudiés aux gradients de stress et de perturbation rencontrés dans ces prairies. Ils ont également permis de mettre en évidence l'influence prépondérante des valeurs de traits agrégées sur la fourniture de services écosystémiques (i.e. productivité et digestibilité du fourrage), en accord avec la "Biomass ratio hypothesis" énoncée par Grime. L'influence du niveau de diversité fonctionnelle sur les services rendus par les assemblages varie selon le service considéré. Contrairement aux résultats attendus selon la "Diversity hypothesis" énoncée par Tilman, le niveau de diversité fonctionnelle est lié négativement à la productivité des assemblages. En revanche, un effet positif de la diversité fonctionnelle sur la digestibilité a été mis en évidence. Cette étude a par ailleurs permis de montrer un compromis entre la productivité des assemblages et la digestibilité de la biomasse produite dans ces prairies humides. Ce travail suggère que des outils de diagnostics de la valeur fourragère du couvert peuvent être construits sur la base de la structure fonctionnelle des assemblages, et ce avec un haut niveau de fiabilité. Il met également en avant les bénéfices agronomiques associés à l'hétérogénéité des couverts végétaux rencontrés dans ces prairies. / Semi-natural grasslands form multifunctional areas susceptible to serve the society from many aspects. Indeed, they are agro-ecosystems that promote expression of a large floristic and faunistic diversity, which allows conciliating ecologic and agronomic issues. This PhD work aims at analysing (i) influence of environmental factors on natural communities' assembly rules and (ii) the relationships between the functional structure of assemblages (i.e. community weighted mean trait values and functional diversity) and their performances (i.e. biomass production and its digestibility). This study is based on both experimental and field approaches in the Marais Poitevin wet grasslands. Our results show that the studied aerial and root traits display a wide diversity of answers to stress gradients and disturbances encountered in these grasslands. Our results also highlighted the crucial influence of community weighted mean trait values on provision of ecosystem services (i.e. forage productivity and digestibility), in agreement with the Biomass ratio hypothesis set out by Grime. The influence of the functional diversity level on services provided by the assemblages differs depending on the service considered. Contrary to the results expected according to the Diversity hypothesis of Tilman, the functional diversity level is negatively correlated with the productivity of the assemblages. However, our study points to a positive feedback between functional diversity and digestibility. Furthermore, this study demonstrated the existence of trade-off between the productivity of assemblages and the digestibility of biomass produced in these wet grasslands. This work suggests that highly reliable tools can be established, based on the functional structure of assemblages, to evaluate the feeding value of a vegetal cover. This work finally illustrates the agronomic benefits associated with heterogeneous vegetal covers encountered in these grasslands.

Si, à l'échelle de la planète, les changements manifestes des modes d'usages des terres (déforestation, urbanisation ...) ont de lourdes répercussions sur l'environnement, des changements plus subtils à l'échelle locale peuvent également induire des dommages importants. Par exemple, l'évolution des paysages agricoles fragmentés en Bretagne (France) durant les 50 dernières années a provoqué une importante dégradation de la qualité des eaux. Depuis la mise en place de la Directive Cadre Européenne sur l'eau (directive 2000/60/CE), la gestion de l'eau est entrée dans une phase d'obligation de résultats à l'horizon 2015. Pour être efficace, elle nécessite de prendre en compte les changements qui se produisent à l'échelle de la haie ou de la parcelle, où l'eau acquiert ses caractéristiques physico-chimiques. Mais surtout elle exige d'adopter une vision à moyen et long terme pour s'assurer, en fonction des évolutions futures possibles, de l'efficience et des effets durables des actions en cours et futures. La construction de scénarios prospectifs des modes d'occupation des sols et des structures paysagères à une échelle très fine apparaît dès lors une démarche appropriée pour éclairer les décisions des gestionnaires de l'eau et des acteurs locaux. <br />L'objectif de ce travail est de produire une démarche méthodologique générique pour élaborer des scénarios prospectifs spatialisés. Fondée sur la méthode des scénarios en prospective, cette démarche se nourrit des apports méthodologiques utilisés en modélisation de systèmes complexes afin d'apporter une dimension spatiale aux scénarios prospectifs. Articulée avec le volet prospectif du SAGE du bassin versant du Blavet (2000 km²), cette démarche a été appliquée à trois petits sous bassins versants représentatifs de la diversité des paysages agricoles bocagers rencontrés. Elle s'organise en quatre phases. La première phase vise à construire « la base » des scénarios. La deuxième phase consiste à construire des scénarios prospectifs pertinents pour éclairer les futurs possibles du territoire étudié. La troisième phase constitue la phase de spatialisation des scénarios. Suivant le type de scénarios (exploratoire ou normatif), la méthode diffère : une plateforme de modélisation dynamique et spatialement explicite (L1) a été utilisée et optimisée dans le cas des scénarios exploratoires ; un SIG a servi pour élaborer les scénarios normatifs. Enfin, la dernière phase consiste à évaluer les scénarios prospectifs spatialisés, leurs impacts sur les ressources en eau et leurs apports pour les gestionnaires et les acteurs locaux.<br />Les scénarios exploratoires produits ont permis de quantifier et de localiser les influences possibles de la nouvelle réforme de la PAC appliquée en 2006, de l'agrandissement des exploitations agricoles sur l'évolution des modes d'usages des sols et également l'influence des changements de la structure spatiale du parcellaire sur les transferts de flux. Les scénarios normatifs ont permis d'identifier les enjeux de gestion de l'eau entre acteurs locaux et gestionnaires. Au final, la localisation de zones à risque vis-à-vis des ressources en eau et l'identification de leviers d'actions (synergies locales, maîtrise du foncier) confèrent aux scénarios prospectifs un rôle d'outil d'aide à la décision pour les gestionnaires de l'eau et les acteurs locaux.