L'objectif de cette thèse est de préciser les patrons de variabilité des communautés piscicoles<br />entre les plans d'eau en vue de contribuer à la compréhension des mécanismes qui en sont<br />responsables, qu'ils soient naturels ou conséquences des activités de l'Homme. Cette<br />approche macroécologique des peuplements en France et dans le nord-est des Etats-Unis a<br />montré des patrons d'addition et de remplacement d'espèces en fonction des caractéristiques<br />abiotiques locales et de la position géographique des plans d'eau. Le rôle structurant des<br />interactions biotiques est moins évident. Les introductions d'espèces modifient radicalement<br />la relation entre richesses locales et régionales alors que l'occupation agricole et urbaine des<br />bassins versants entraîne des modifications de la structure en guildes des communautés. La<br />convergence observée dans la réponse des communautés aux conditions climatiques et à la<br />taille du plan d'eau montre que la disponibilité des habitats de reproduction exerce une<br />contrainte forte sur les communautés locales et autorise quelques inférences sur les<br />conséquences du changement climatique global. L'étude des règles d'assemblage et une<br />réflexion relative au fonctionnement de métacommunautés à l'échelle des bassins versants<br />offrent des perspectives sur les plans scientifique et appliqués.

L’ichtyofaune est encore peu utilisée en bioindication sur les plans d’eau, alors que la demande des gestionnaires est forte, notamment dans le contexte de la mise en œuvre de la Directive Cadre Européenne sur l’Eau. L’objectif de cette thèse est d’analyser la réponse de l’ichtyofaune à diverses pressions anthropiques, afin de définir des variables biologiques de bioindication et construire un indice rendant compte de l’état écologique des lacs naturels et des retenues français. Plusieurs questions sont successivement abordées.En première analyse, les possibilités de sélection de métriques répondant à des pressions s’exerçant sur le bassin versant sont explorées par une approche typologique. L’analyse consiste à effectuer des classifications des plans d’eau, puis à établir, au sein de chaque groupe homogène d’un point de vue environnemental, des régressions linéaires entre les métriques candidates et les pressions. Les résultats montrent la pertinence de l’ichtyofaune en bioindication sur ces milieux, mais mettent en exergue des limites à cette approche typologique. Ainsi, afin de tester la possibilité de construction d’un bioindicateur commun aux lacs naturels et aux retenues, une méthode alternative dite « site spécifique » a ensuite été développée. Une modélisation statistique a été appliquée pour contrôler l’effet de l’environnement naturel sur les communautés piscicoles lacustres. Cette analyse montre que les métriques piscicoles répondant aux pressions sont différentes entre les deux types de milieux. La dernière étape, explique le développement d’un indicateur, construit sur le principe de la mesure d’un écart à la référence, en se basant sur une approche de type statistique par hindcasting. Cette méthode encore peu utilisée permet de s’affranchir de la sélection de sites de référence en France en modélisant les conditions biologiques de référence, i.e., telles qu’elles seraient en l’absence de pression anthropique. Les caractéristiques des communautés piscicoles des sites non perturbés sont ensuite comparées à celles des sites plus ou moins impactés par des pressions anthropiques. Ont été considérées ici les pressions s’exerçant à l’échelle du bassin versant et localement sur les plans d’eau. Suivant ce protocole, un indice poisson lacustre issu de la combinaison de métriques répondant conjointement à des pressions anthropiques globales et locales est proposé pour les lacs naturels et pour les retenues.Les avancées de ce travail et les perspectives sont ensuite discutées au regard du contexte européen de la gestion des milieux aquatiques. / Fish communities remain underused in the domain of lentic ecosystem bioindication, even though water managers need such tools in the current context of the Water Directive Framework. The objective of this thesis was to analyse the fish communities’ response to various anthropogenic pressures, in order to define the candidate biological variables in bioindication and to develop an index to evaluate the ecological status of French natural lakes and reservoirs. Several questions are raised.First of all, the means available to select fish-based metrics responding to catchment-scale anthropogenic pressures are analysed using a typological approach. This analysis consists in classifying lentic ecosystems using classifications, and then, within each homogenous group of ecosystems identified based on environmental criteria, performing linear regressions between candidate fish-based metrics and anthropogenic pressures. The results clearly show that fish communities could be used as good bioindicators for the lentic ecosystems, but they also underline the limits of typological approaches.To test how a bioindicator shared by natural lakes and reservoirs could be developed, an alternative site-specific method was subsequently developed. Statistical modeling was applied to control the natural environmental effects on lentic fish communities. This analysis shows that fish-based metrics responding to catchment-scale anthropogenic pressures differ in the two types of lentic ecosystems.The last part reports the development of an index, based on the reference condition approach, using a hindcasting statistical approach. This method, still infrequently used, enables one to sidestep the problem related to the selection of reference sites in France. Furthermore, this method allows modeling biological reference conditions, i.e. conditions without anthropogenic pressures. Fish communities’ characteristics are then compared for both undisturbed sites and sites that are more or less impacted by anthropogenic pressures. Both catchment-scale and local anthropogenic pressures were considered in this analysis. Following this protocol, a lake fish-based index resulting from the combination of metrics that respond jointly to global and local anthropogenic pressures was developed for natural lakes and reservoirs. Finally, the advances made as a result of this research and its perspectives are discussed with regards to the European context of aquatic ecosystem management.

Cette thèse a été codirigée par le Dr. Florent Chazarenc / Les marais filtrants artificiels sont communément utilisés pour le traitement des eaux usées municipales, mais ils peuvent aussi traiter une large gamme d’effluents à l’aide de différents types de marais filtrant et ce sous une variété de climats. Les plantes jouent un rôle central dans l’épuration des eaux, mais on peut se demander si ce rôle est le même sous toutes les conditions et ce pour les différentes espèces de plantes. Dans le cadre de cette étude, j’ai évalué l’influence de la présence ainsi que de l’espèce de plantes selon des conditions extrêmement différentes : 1) traitement de rejet de serre hydroponique par un marais filtrant à flux horizontal en conditions hivernales, 2) traitement des boues par un marais à flux vertical en conditions estivales. / Constructed wetlands (CWs) are commonly used to treat municipal wastewater, but they can also handle a wide range of effluents by using different types of CWs and under a variety of climatic conditions. Plants play a central role in CWs, but it is still unknown if the presence of plants or the choice of the species have the same influence under different conditions. In this study, I evaluated the influence of the presence and the species of plants under two very different conditions: 1) treatment of hydroponic wastewater by a horizontal flow CW in winter conditions, 2) sludge treatment by a vertical flow CW in summer conditions.

Les marais filtrants artificiels sont communément utilisés pour le traitement des eaux usées municipales, mais ils peuvent aussi traiter une large gamme d’effluents à l’aide de différents types de marais filtrant et ce sous une variété de climats. Les plantes jouent un rôle central dans l’épuration des eaux, mais on peut se demander si ce rôle est le même sous toutes les conditions et ce pour les différentes espèces de plantes. Dans le cadre de cette étude, j’ai évalué l’influence de la présence ainsi que de l’espèce de plantes selon des conditions extrêmement différentes : 1) traitement de rejet de serre hydroponique par un marais filtrant à flux horizontal en conditions hivernales, 2) traitement des boues par un marais à flux vertical en conditions estivales. / Constructed wetlands (CWs) are commonly used to treat municipal wastewater, but they can also handle a wide range of effluents by using different types of CWs and under a variety of climatic conditions. Plants play a central role in CWs, but it is still unknown if the presence of plants or the choice of the species have the same influence under different conditions. In this study, I evaluated the influence of the presence and the species of plants under two very different conditions: 1) treatment of hydroponic wastewater by a horizontal flow CW in winter conditions, 2) sludge treatment by a vertical flow CW in summer conditions. / Cette thèse a été codirigée par le Dr. Florent Chazarenc