Les estuaires font partie des écosystèmes les plus productifs de la planète. Ils constituent une zone d'importants échanges de matières et jouent à ce titre un rôle capital pour les cycles biogéochimiques. Du fait de leur position à l'interface entre domaines continental et marin, ils sont également un lieu de passage obligatoire pour de nombreuses espèces de poissons migrateurs ou encore de nourricerie et de refuge. Ces systèmes sont contraints par de nombreuses pressions de natures diverses dont certaines en lien avec les activités humaines locales (p. ex. pêcheries, transport maritime, dragages, pollutions accrues, etc.). Ces altérations viennent s'ajouter à la variabilité intrinsèque de ces systèmes naturellement complexes (variabilité spatio-temporelle de différents facteurs environnementaux ; c.-à-d. température, salinité, turbidité, etc.). Toutefois, une intensification de ces d'altérations, dont une partie est associée à la composante climatique des changements globaux, est observée depuis ces dernières décennies. Ces modifications avérées et leurs incidences sur les communautés biologiques constituent un enjeu en matière de gestion des écosystèmes estuariens. Cependant, par manque de chroniques de données continues suffisamment longues, peu d'études sur l’évolution à long terme de systèmes estuariens ont été réalisées à ce jour. Pour mes travaux, j'ai eu à ma disposition un ensemble de chroniques uniques - acquises depuis 35 ans - associées à plusieurs suivis écologiques de l'estuaire de la Gironde (notre site atelier). L'objectif général de cette thèse est de caractériser l’évolution globale du système dans son ensemble (physico-chimie et biologie) et d'identifier les forçages impliqués. L’originalité de ces travaux, par rapport aux études spécifiques déjà menées, consiste à analyser l’évolution de l’ensemble des descripteurs caractéristiques du fonctionnement d'un système modèle et de qualifier la part relative aux forçages globaux. L'étude des séries chronologiques, via une approche end-to-end basée sur des analyses multivariées, permet d'identifier deux changements abrupts d'état de l'écosystème de l'estuaire de la Gironde, associés à des fluctuations hydroclimatiques à large échelle (bassin Atlantique nord) mais aussi à une échelle plus locale (estuaire). Des hypothèses relatives aux possibles mécanismes impliqués, reliant les altérations climatiques à large échelle aux altérations observées à l'échelle des communautés biologiques estuariennes, sont discutées. Un deuxième volet de la thèse, au travers d’une approche modélisatrice basée sur le concept de niche d'Hutchinson, permet d'identifier un changement de répartition spatiale, longitudinale, des populations de copépodes estuariennes en réponse au réchauffement des masses d'eau et à la marinisation de l'estuaire. Enfin un troisième volet de mes travaux s'est consacré à l'étude spécifique d'une espèce de copépode invasive : Acartia tonsa. Suivant une double approche modélisatrice permettant d'estimer à la fois les niches fondamentale et réalisée de l'espèce, ces travaux illustrent l'importance relative des changements climatiques qui ont facilité la colonisation et l'essor de cette espèce dans l'estuaire. / Estuaries are among the most productive ecosystems on Earth. They constitute important areas for materials exchanges and play therefore a crucial part in biogeochemical cycles. Because of their location at the interface between marine and continental realms, they are also a migratory path for different fish species and in some cases, a nursery or a refuge area. These systems are submitted to many pressures, some of them being related to anthropogenic activities (e.g fisheries, maritime traffic, dredging, rising pollutions, etc.). These changes are superimposed to the intrinsic variability of these naturally complex ecosystems (characterized by a spatio-temporal variability of different environmental factors; i.e., temperature, salinity, turbidity, etc.). However, since recent years, an intensification of these alterations, being partly linked to the climatic component of Global Change, is observed. These changes, already documented, and their incidence on biological communities, constitute a challenge for the future management of estuarine ecosystems. However, due to a lack of long-term continuous time series, for now few studies on the long-term evolutions of estuarine systems have been reported. In this work, I used a unique set of data (35 years) provided by an ecological monitoring of the Gironde estuary (the model of estuary used in the study). The main objective of this thesis is to characterize the evolution of the whole system (physico-chemistry and biology) over the last three decades and to identify the forcings involved. The originality of this work comes from a global analysis of the main estuarine descriptors and from the evaluation of the relative contribution of global forcings. A study based on multivariate analyses, through an end-to-end approach, reveals two abrupt shifts in the state of the ecosystem of the Gironde estuary. These two changes appear to be linked to hydroclimatic fluctuations at a regional scale (North Atlantic basin) and also at a local scale. Some hypotheses on the possible mechanisms involved, linking the large-scale climatic alterations to the changes observed on the biological estuarine communities are discussed. A second study that uses a modeling approach based on the ecological niche concept of Hutchinson, identifies a change in the spatial (longitudinal) distribution of estuarine copepod populations in response to warming and marinisation processes. Finally, a third work focuses on an invasive copepod species: Acartia tonsa. A double modeling approach estimates both the fundamental and realized niches of the species. The results highlight the relative importance of climate changes that facilitated the colonization of the estuary by A. tonsa.

La Polynésie française et la Nouvelle-Calédonie, îles du Pacifique, ont l’un des taux de cancer de la thyroïde les plus élevés au monde. A l’exception des rayonnements ionisants, aucun autre facteur de risque n’est clairement établi pour ce cancer. Deux études cas-témoins sur le cancer de la thyroïde ont été réalisées en Polynésie française et Nouvelle-Calédonie afin d’étudier les facteurs de risque qui sont encore peu connus. L'objectif de ce travail de thèse est d’étudier le rôle des facteurs anthropométriques et de l’alimentation sur le risque de cancer de la thyroïde dans les îles du Pacifique.En Polynésie française, 229 cas de cancer de la thyroïde diagnostiqués entre 1979 et 2004 et 371 témoins appariés sur l’âge et le sexe ont été inclus. En Nouvelle-Calédonie, 331 cas de cancer de la thyroïde diagnostiqués entre 1993 et 1999 et 412 témoins appariés également sur l’âge et le sexe ont été inclus.Dans l’analyse poolée des deux études cas-témoins, un peu plus de la moitié des Polynésiens et Néo-calédoniens étaient en surpoids ou obèses. Une augmentation du risque de cancer thyroïdien a été mise en évidence avec une taille, un poids, un indice de masse corporelle, et une surface corporelle élevés. Parmi ces facteurs anthropométriques, la surface corporelle joue un rôle dominant dans le risque de cancer de la thyroïde, en particulier à l’âge de 18 ans.Ensuite, nous nous sommes intéressés à l’alimentation des Polynésiens uniquement. Nous avons identifié deux régimes (ou patterns) alimentaires : l’un occidental et l’autre polynésien traditionnel. Le régime « occidental » n’était pas associé à un risque de cancer thyroïdien, alors que le régime « polynésien traditionnel » était faiblement associé à une diminution du risque. Par ailleurs, les résultats ont montré que les Polynésiens avaient une alimentation carencée en iode. Une consommation élevée de poissons et fruits de mer, ainsi qu’un apport alimentaire en iode élevé étaient associés à une diminution du risque de cancer de la thyroïde. Enfin, une consommation élevée de manioc, aliment goitrigène, diminuait le risque de cancer thyroïdien. / French Polynesia and New Caledonia, Pacific Islands, have one of the world’s highest thyroid cancer incidence rates. Except ionizing radiation, no other risk factor is clearly established for this cancer. Two case-control studies on thyroid cancer were conducted in French Polynesia and New Caledonia to investigate the risk factors not still understood. The objective of this thesis is to study the role of anthropometric and dietary factors in the risk of thyroid cancer in the Pacific Islands.In French Polynesia, 229 cases of thyroid cancer diagnosed between 1979 and 2004 and 371 controls matched on age and sex were included. In New Caledonia, 331 cases of thyroid cancer diagnosed between 1993 and 1999 and 412 controls matched also on age and sex were included.In the pooled analysis of the two case-control studies, half of Polynesians and Melanesians were overweighed or obese. An increased risk of thyroid cancer was shown with a high height, weight, body mass index, and body surface area. Among anthropometric factors, BSA plays a dominant role in thyroid cancer risk, in particular at 18 years old.Then, we are interested in the diet only of Polynesians. We have identified two dietary patterns: Western and traditional Polynesian. The pattern “Western" was not associated with a risk of thyroid cancer, while the pattern "traditional Polynesian" was weakly associated with a decreased risk. Moreover, results showed that Polynesians had a diet deficient in iodine. A higher consumption of fish and shellfish, and a higher dietary iodine intake are significantly associated with a decreased risk of thyroid cancer. Lastly, high cassava consumption decreased the thyroid cancer risk.

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

La description des gradients spatiaux ainsi que la documentation des dynamiques temporelles de la biodiversité sont des piliers centraux de l'écologie moderne, en particulier dans le contexte actuel des changements globaux auquel l'intérêt porté est croissant depuis les dernières décennies. Les communautés écologiques sont désormais reconnues comme des entités issues de la sélection d'espèces à partir d'un pool régional, sélection déterminée par différents processus appelés règles d'assemblage. Les deux règles d'assemblage principalement reconnues sont les filtres environnementaux, sélectionnant des espèces similaires adaptées à un milieu, et la limite à la ressemblance, sélectionnant des espèces dont les caractéristiques n'induisent pas de compétition trop forte et permettent la coexistence. Les objectifs de ma thèse ont été de (i) comprendre les patrons spatiaux de la diversité des communautés piscicoles à large échelle, (ii) comprendre la dynamique temporelle de cette diversité et (iii) d'appréhender la dynamique temporelle des processus sous-jacents à la structuration des communautés. Pour ce faire, des données de communautés piscicoles ont été analysées, d'une part à l'échelle continentale (i.e. européenne), et d'autre part à l'échelle nationale (i.e. France) pour laquelle la dimension temporelle est également disponible (i.e. séries temporelles depuis 1966 jusqu'à 2012). La description de la diversité piscicole européenne a permis de mettre en évidence la complémentarité des facettes phylogénétique, morphologique et écologique de la diversité. De plus, le climat, et en particulier la saisonnalité des conditions climatiques, est apparu comme un déterminant majeur de la distribution spatiale de la diversité. A une échelle plus locale et en tenant compte de la temporalité des communautés, il a été mis en évidence que les communautés piscicoles françaises connaissaient actuellement une réorganisation taxonomique due aux déclins de populations et menant à une homogénéisation taxonomique globale. Bien qu'une réorganisation fonctionnelle de ces mêmes communautés ait été observée, résultant des variations démographiques des espèces d'eau chaude et de bas niveau trophique, les conséquences à large échelle restent à explorer. De plus, depuis les années 90, les filtres environnementaux se sont renforcés dans leur rôle structurant des communautés. Finalement, les travaux de cette thèse ont permis de valider des hypothèses usuellement associées aux patrons spatiaux de la diversité, comme mécanismes en lien avec les variations temporelles de la diversité. L'hypothèse de prédominance du stress (au travers des changements de saisonnalités des températures) et de préadaptation des espèces non-natives ont notamment permis de comprendre les dynamiques temporelles de diversité ainsi que des règles d'assemblage sous-jacentes à la structuration des communautés. / The description of spatial patterns as well as temporal dynamics of diversity has been a major cornerstone in modern ecology, especially in the contemporary context of global changes for which a growing concern is notable during last decades. Ecological communities are now acknowledged as the result of species that are sorted by selection from the regional pool. This selection of species is determined by several processes, namely the assembly rules. The two main assembly rules are the habitat filtering, selecting species that are able to inhabit in a given set of abiotic conditions, and the limiting similarity, selecting species for which ecological features are dissimilar in order to avoid a too strong competition and to coexist. The goals of my thesis were to (i) understand spatial patterns of freshwater fish community diversity at large scale, (ii) understand temporal dynamic of this diversity and (iii) describe temporal dynamics of the processes underlying the structuration of communities. In order to do this, data of freshwater fish communities has been analyzed first at continental scale (i.e. European) and then at national scale (i.e. France) for which temporal dimension of the data was also available (time series from 1966 to 2012). Based on the European freshwater diversity, we highlighted that phylogenetic, morphological and ecological facets were complementary. Moreover, climatic conditions, and especially their seasonality, seem to be a major driver of the spatial distribution of diversity. At finer scale and by taking into account the temporality of communities, we found that French freshwater communities experienced taxonomic reorganization due to population declines that ultimately leads to taxonomic homogenization of freshwater diversity in France. Although functional homogenization has been observed due to demographic fluctuations of warm water-dweller and low trophic level species, consequences at large scale remained to be explored. Moreover, since the 90s, habitat filtering increased as structuring force for freshwater fish communities. Finally, this thesis allowed us to validate hypothesis usually associated to spatial patterns of diversity, as mechanisms related to temporal variations of diversity. The stress dominance hypothesis (through temporal trends in temperature seasonality) and preadaption hypothesis (related to non-native species) have been used to understand temporal dynamics of diversity as well as of the assembly rules underlying structuration of communities.

Cette thèse porte sur l'étude de l’efficacité d’une Aire Marine Protégée (AMP) comme outil de restauration des ressources marines et de gestion des stocks halieutiques en zone tropicale ouest africaine. L’étude concerne trois AMP. Il s’agit de l’AMP de Bamboung située en zone estuarienne (sous influence marine), à l'intérieur d'un delta et fermée à l’exploitation halieutique depuis 2004. La deuxième AMP est celle des îles d’Urok créée en 2005 et située dans la réserve de biosphère de l’archipel des Bijagos dans la partie littorale de la Guinée-Bissau. Elle est divisée en trois zones et la pêche y est autorisée avec une pression de pêche de plus en plus forte de la zone centrale vers la zone périphérique. La troisième AMP est le Parc National du Banc d’Arguin situé le long de la côte mauritanienne. Il a été créé en 1976 et les activités de pêche y sont pratiquées de façon réglementée. Beaucoup d’AMP ont été évaluées à travers le monde et les résultats obtenus sont dans la majeure partie des cas positifs. Dans les milieux tropicaux, les variabilités interannuelles et intra-annuelles des paramètres environnementaux influent sur l’organisation spatio-temporelle des peuplements de poissons. Par conséquent, la mise en place d’AMP dans une zone tropicale a suscité des interrogations quant à leur efficacité en rapport avec l’influence des paramètres de l’environnement. Selon l’AMP étudiée, une approche spatiale ou temporelle sera utilisée pour répondre aux questions posées. Les méthodes d’analyse utilisées sont de type comparatif. L’analyse des données biologiques est précédée par celle des paramètres physico-chimiques qui a mis en évidence des variabilités saisonnières dans chaque AMP. Ce résultat justifie le choix d’analyser les données biologiques par saison afin de minimiser au mieux l’influence des variations environnementales. En ce qui concerne l’AMP de Bamboung, les résultats de l’analyse suivant une approche globale ont clairement montré son rôle positif dans la restauration des ressources marines. L’approche saisonnière a mis en évidence ce rôle de restauration mais en saison froide et non en saison chaude et humide. En 9 années de protection, l'AMP de Bamboung a contribué au retour de gros poissons dans le bolon de Bamboung. Son rôle dans l’enrichissement de la zone proximale à travers le phénomène de «Spillover» n’a pas pu être mis en évidence. Une tendance à la baisse des indicateurs biologiques en fonction de la distance à l'AMP a été observée surtout en saison chaude et en saison humide. De même l’analyse des indicateurs liés à la reproduction ne montre pas que l’AMP de Bamboung améliore la reproduction des poissons. Concernant, l’AMP des îles d’Urok et le Parc National du Banc d’Arguin, les analyses n’ont pas donné de résultats clairs quant à leur rôle dans l’amélioration des rendements de pêche et de la reproduction des poissons. Cependant, pour l’AMP des îles d’Urok, les tendances observées semble montrer une forte concentration de biomasse dans la zone centrale, un rôle d’équilibre joué par la zone intermédiaire et un rôle de pourvoyeur de biomasse de poisson de la zone périphérique. Pour le PNBA, le secteur intérieur semble contribuer à l’enrichissement du secteur extérieur par un transfert de biomasse. La faible quantité de données récoltées dans les AMP pourrait être à l’origine des résultats négatifs. Ainsi, l’idée d'effectuer des suivis biologiques à court terme et d'analyser les indicateurs liés à la reproduction au niveau population ont été envisagés pour les trois AMP afin de trouver des résultats clairs quant à leur rôle dans la gestion des stocks halieutiques. / This thesis focuses on the study of the effectiveness of Marine Protected Areas (MPAs) as restoration tools of marine resources and fish stocks management in tropical West Africa. The study involves three MPAs. The first one is the Bamboung MPA, a marine reserve located in estuarine areas (with marine influence), closed to fishing since 2004. The second is the Urok Islands MPA established in 2005 and located in the biosphere Reserve of Bijagos archipelago in the coastal part of Guinea-Bissau. It is divided into three areas and fishing is allowed there with a fishing pressure becoming stronger from the central area to peripheral area. The third MPA is the Banc d‟Arguin National Marine Park located along the coast of Mauritania. It was created in 1976 and fishing activities are restricted. Many AMP were evaluated worldwide and the results are in the main part positive. In tropical zones, the variability of environmental parameters affects the spatial and temporal organization of fish assemblage. Therefore, the MPA establishment in a tropical zone has raised questions about their effectiveness inrelation to the influence of environmental parameters. According to the AMP, spatial or temporal approach will be used to answer questions. Comparison analysis will be used. The analysis of biological data comes after those of the physicochemical parameters that show strong seasonal variability in each MPA. This result justifies the choice of seasonal analysis of biological data in order to minimize the influence of environmental variations.Regarding the Bamboung MPA, the results of global approach clearly confirm that it is an effective tool for restoring marine resources. The seasonal approach shows this role in cold season, but not in hot and wet seasons. In 9 years of protection, the Bamboung MPA contributed to attract big fish in the Bamboung bolon. The spillover effect in Bamboung MPA is not clearly demonstrated according to our results. A downward trend of biological indicators according to the distance to the MPA has been observed especially in hot season and wet season. Similarly, the analysis of indicators related to reproduction does not show that the Bamboung MPA improve fish reproduction. Regarding Urok Islands MPA and Banc d’Arguin National marine Park, the results do not confirm that these AMP are fish stock management tools (improved yields of fishing activities and fish reproduction). However, for Urok islands MPA the observed trends suggest a biomass concentration in the central area, an equilibrium role played by the intermediate area and a role of fish biomass provider of the peripheral area. For Banc d’Arguin National Marine Parc, the inside area seems to contribute to the enrichment of the external area by transferring fish biomass. Non-specific results could be explained by the small data collected in the MPAs. So the idea to conduct a short-term biological monitoring and to analyze reproduction indicators in population level has been considered for the three MPA to find clear results on their role in the management of fish stocks.

Depuis le milieu des années 1990, l’utilisation de Dispositifs de Concentration de Poissons (DCP), des objets artificiels spécifiquement mis à l’eau pour agréger des bancs de poissons, est devenue de plus en plus importante pour la pêche au thon tropical à la senne. Cette utilisation massive des DCP, qui s’accompagne d’une utilisation massive de dispositifs de suivi comme les balises GPS et les balises échosondeurs, est aujourd’hui source d’inquiétude pour les stocks de thons, les prises accessoires mais aussi pour le fonctionnement des écosystèmes pélagiques. Cependant, les modalités d’utilisation des DCP et des balises GPS qui servent à les suivre restent mal connues, ce qui complique considérablement l’évaluation et la gestion des impacts de ces pratiques de pêche. Afin d’améliorer les connaissances actuelles de la pêcherie, les positions des balises GPS utilisées par les 3 armements français dans les océans Atlantique et Indien, constituant une part significative des DCP utilisés dans ces deux océans, ont été analysées. Ces données ont été combinées avec des multiples sources d’information : les livres de bord, les trajectoires VMS des senneurs français ainsi que des entretiens avec les patrons français. Elles nous permettent de mieux comprendre les stratégies de mise à l’eau des DCP et des balises, d’estimer le nombre d’objets flottants utilisés par les flottes de senneurs dans les océans Atlantique et Indien, de mesurer la contribution des DCP et des navires auxiliaires à l’efficacité de pêche des senneurs, d’identifier des destructions potentielles d’habitats par les DCP échoués and pour finir de proposer des solutions de gestion pour la pêcherie. Les résultats montrent une grande saisonnalité dans les mises à l’eau des deux océans, une croissance rapide du nombre de balises GPS au cours des 7 dernières années puisqu’elle est multipliée par 4.2 dans l’Océan Indien et 7 dans l’Océan Atlantique, des dommages possibles causés à des écosystèmes côtiers fragiles avec une probabilité d’échouage de l’ordre de 10% et finalement une augmentation de l’efficacité de pêche entre 2003 et 2014 de l’ordre de 3.8-18.8% dans l’Océan Atlantique et 10.7%-26.3% dans l’Océan Indien. Les entretiens avec les capitaines des senneurs soulignent la nécessité d’une gestion plus efficace de la pêcherie, avec entre autres l’instauration de quotas, une régulation de la capacité de la flotte de senneurs et un meilleur suivi des navires auxiliaires. Les résultats obtenus constituent les premières étapes nécessaires à une meilleure gestion de la pêche sous objet flottant / Since the mid 1990s, the use of drifting Fish Aggregating Devices (dFADs) by purse seiners, artificial objects specifically designed to aggregate fish, has become an important mean of catching tropical tunas. In recent years, the massive deployments of dFADs, as well as the massive use of tracking devices on dFADs and natural floating objects, such as GPS buoys, have raised serious concerns for tropical tuna stocks, bycatch species and pelagic ecosystem functioning. Despite these concerns, relatively little is known about the modalities of GPS buoy tracked objects use, making it difficult to assess and manage of the impacts of this fishing practice. To fill these knowledge gaps, we have analyzed GPS buoy tracks provided by the three French fishing companies operating in the Atlantic and the Indian Oceans, representing a large proportion of the floating objects monitored by the French fleet. These data were combined with multiple sources of information: logbook data, Vessel Monitoring System (VMS) tracks of French purse seiners, information on support vessels and Local Ecological Knowledge (LEK) of purse seine skippers to describe GPS buoy deployment strategies, estimate the total number of GPS buoy equipped dFADs used in the Atlantic and Indian Oceans, measure the contribution of strategies with FOBs and support vessels to the fishing efficiency of tropical tuna purse seiners, identify potential damages caused by lost dFADs and finally to propose management options for tropical tuna purse seine FOB fisheries. Results indicate clear seasonal patterns of GPS buoy deployment in the two oceans, a rapid expansion in the use of dFADs over the last 7 years with an increase of 4.2 times in the Indian Ocean and 7.0 times in the Atlantic Ocean, possible damages to fragile coastal ecosystems with 10% of GPS buoy tracks ending with a beaching event and an increased efficiency of tropical tuna purse seine fleets from 3.9% to 18.8% in the Atlantic Ocean over 2003-2014 and from 10.7% to 26.3% in the Indian Ocean. Interviews with purse seine skippers underlined the need for a more efficient management of the fishery, including the implementation of catch quotas, a limitation of the capacity of purse seine fleets and a regulation of the use of support vessels. These results represent a first step towards better assessment and management of purse seine FOB fisheries.

Cette thèse concerne principalement la résolution des problèmes d’inversion dynamiquedans le cadre des systèmes dynamiques non linéaires. Ainsi, un ensemble de techniquesbasées sur l’utilisation des trains de mesures passées et sauvegardées sur une fenêtreglissante, a été développé. En premier lieu, les mesures sont utilisées pour générerune famille de signatures graphiques, qui constituent un outil de classification permettantde discriminer les diverses valeurs des variables à estimer pour un système non linéairedonné. Cette première technique a été appliquée à la résolution de deux problèmes : leproblème d’électolocation d’un robot doté du sens électrique et le problème d’estimationd’état dans les systèmes à dynamiques non linéaires. Outre ces deux applications, destechniques d’inversion à horizon glissant spécifiques au problème de diagnostic des défautsd’éoliennes dans le cadre d’un benchmark international ont été développées. Cestechniques sont basées sur la minimisation de critères quadratiques basés sur des modèlesde connaissance. / This thesis mainly concerns the resolution of dynamic inverse problems involvingnonlinear dynamical systems. A set of techniques based on the use of trains of pastmeasurements saved on a sliding window was developed. First, the measurements areused to generate a family of graphical signatures, which is a classification tool, in orderto discriminate between different values of variables to be estimated for a given nonlinearsystem. This technique was applied to solve two problems : the electrolocationproblem of a robot with electrical sense and the problem of state estimation in nonlineardynamical systems. Besides these two applications, receding horizon inversion techniquesdedicated to the fault diagnosis problem of a wind turbine proposed as an internationalbenchmark were developed. These techniques are based on the minimization of quadraticcriteria based on knowledge-based models.

Une perte des forêts marines de grandes algues brunes a été observée dans les récentes décennies, causant un changement des écosystèmes et une réduction de la biodiversité. Dans le cadre du projet MMMPA, ce travail de thèse vise à répondre à certaines importantes questions liées à la conservation et à la restauration des forêts d'algues, au rôle des Aires Marines Protégées (AMPs) et les poissons herbivores. Les résultats des expériences sur le terrain ont montré que les poissons herbivores indigènes, probablement Salpa Sarpa (saupes), peuvent être les herbivores les plus efficace des ceintures intertidales de Cystoseira. En effet, les saupes affectent fortement la croissance, la biomasse et la reproduction des forêts naturelles et limitent le succès de la restauration sur des substrats artificiels. Le rôle des poissons herbivores a probablement été négligé dans la régulation des communautés macroalgales Méditerranéennes. Une revue de la littérature existante a montré une amélioration de l'intérêt scientifique (articles publiés) sur les espèces formant les forêts marines, au cours des dernières décennies. Cependant, la plupart de la recherche scientifique n’est pas en relation avec les AMPs, probablement parce que les forêts marines ne sont pas toujours considérées pendant la création des AMPs et dans les plans de gestion. Les études sur les forêts marines étant concentrée dans les pays développés, elles ne sont pas réparties de manière homogène dans le monde. / Loss of marine forests of large brown seaweeds has been observed in recent decades, causing a reduction of ecosystem biodiversity. In the framework of the MMMPA project, this PhD aimed to address some important topics related to the conservation and restoration of algal forests, the role of Marine Protected Areas (MPAs) and fish herbivory. Different approaches were used: macroalgae surveys, literature reviews, manipulative experiments, tank-based experiments and GIS habitat mapping. Results from field experiments showed that native herbivorous fish, likely Sarpa salpa (salemas), can be the most effective herbivore of intertidal Cystoseira belts both on natural and artificial substrates. Indeed, salemas strongly affected the growth, biomass and reproductive output of natural forests and limited restoration success on artificial substrates. Likely, the role of the herbivorous fish in structuring macroalgal communities has been overlooked in the Mediterranean Sea so far. A review of the existing literature showed that knowledge on marine forests forming species has improved in recent decades. However, most of the research is not in relation to MPAs, likely due to the fact that marine forests are not always included in MPAs planning and management plans. Studies on marine forests are not homogeneously distributed in the world, being concentrated in the developed countries. Interestingly, an increase of the scientific interest (published papers) was observed. Nowadays, marine forests are under continuous threats and especially sensitive to multiple impacts.

Au cours des dernières années, l'augmentation de la production aquacole a nécessité un changement dans la composition des aliments pour poissons, pour remplacer la farine (FP) et l’huile de poisson (HP) par des sources végétales plus disponibles. Dans ce contexte, le travail de ma thèse avait pour but d'analyser les effets d’une substitution totale et concomitante de la FP et HP par des ingrédients végétaux dans les aliments distribués pendant tout le cycle de vie de la truite arc-en-ciel, de la première alimentation jusqu’à la reproduction. Ce travail a montré pour la première fois que la truite peut survivre, se développer et avoir une descendance viable, lorsqu’elle est nourrie tout au long de son cycle de vie avec un régime 100% végétal. Un tel remplacement alimentaire a entraîné des changements radicaux dans le profil en acides gras des tissus des femelles. Cependant, nous avons constaté que la truite était capable de synthétiser des acides gras polyinsaturés à longue chaîne n-3 (AGPI-LC n-3) à partir de précurseurs présents dans l'aliment, et de stocker dans les ovules une partie de ces acides gras néosynthétisés dans le foie , permettant ainsi une reproduction efficace. Nous avons également étudié les possibles effets trans-générationnels d’une alimentation 100% végétale des géniteurs, sur la survie et la croissance de la descendance et sur sa réponse à différents régimes aux stades précoces, en nous appuyant sur des analyses du transcriptome des alevins entiers. Aucun effet significatif de l’alimentation maternelle avec des régimes à base de végétaux n’a été observé sur les descendants avant leur première alimentation, à l'exception d'un poids corporel légèrement inférieur (-13%) à celui des descendants de femelles nourries avec un aliment contenant des FP et HP. En revanche, des effets significatifs de l'alimentation maternelle sur le transcriptome des alevins sont apparus après 3 semaines d'alimentation. L'histoire nutritionnelle de la mère a affecté principalement des gènes impliqués dans la croissance/contraction musculaire et dans les métabolismes énergétique et glucidique. Quelle que soit l'origine maternelle, l’alimentation des alevins avec des aliments contenant des ingrédients végétaux conduit à une régulation positive des gènes impliqués dans le métabolisme des AA/protéines et le métabolisme du cholestérol, ainsi qu’à des changements dans l'expression des gènes impliqués dans le métabolisme glucidique. Enfin, les effets à long-terme de régimes à base de matières premières végétales chez la truite arc-en-ciel ont également été étudiés chez les juvéniles (10g) et les poissons «en croissance» (250-350g), en se focalisant principalement sur l’expression des gènes dans l’intestin et le foie. Cette étude à long-terme a mis en évidence chez les juvéniles des effets subtils sur des gènes intestinaux et hépatiques (transcriptome), avec principalement une augmentation de l’expression des gènes impliqués dans les voies de synthèse des AGPI-LC et du cholestérol chez les poissons nourris avec des régimes à base de plantes. Ces changements d’expression ont été maintenus chez les poissons «en croissance». L'expression de gènes impliqués dans le catabolisme des protéines, le métabolisme des glucides et dans le transport intracellulaire a également été modifiée par les régimes à base de plantes chez les juvéniles, mais ces résultats ne sont pas entièrement confirmés chez les poissons «en croissance». L'ensemble des résultats de cette thèse fournissent des informations originales sur l'utilisation de régimes alimentaires avec des taux de remplacement élevés de FP et d’HP pendant l'ensemble du cycle de vie des poissons, y compris les reproducteurs et les stades précoces, car la majorité des études précédentes avaient concerné la phase de grossissement. Des ajustements de la formule alimentaire sont encore nécessaires pour continuer à optimiser les performances de reproduction et la croissance des poissons d’élevage. / In the last years, the increase in aquaculture production has forced a change in fish feed composition, with increasing substitution of fish meal and fish oil by more available plant sources. In this context, the present PhD work aimed at analyzing the effects of different levels of concomitant dietary replacement of fish meal and fish oil by plant ingredients during the whole life cycle of rainbow trout (from first feeding to reproduction). This work showed for the first time that rainbow trout was able to survive, grow and produce viable offsprings, when fed a totally plant-based diet throughout the whole life cycle. Such dietary replacement resulted in drastic changes in tissues fatty acid profile of broodstock females. However, we found that trout was capable to synthetize n-3 long chain- polyunsaturated fatty acids (LC-PUFA) from dietary precursors and to transfer large amounts of these fatty acids in ova, so that an efficient reproduction can occur. We also studied the potential carry over generation effects of feeding broodstock a totally plant-based diet on progeny and their response to different diets at early stages, using molecular approaches, including the study of the whole body transcriptome. Considering the effects on progeny, the present study confirmed the capability of trout to survive and grow on a plant-based diet, but with slight differences in terms of weight. While no effects of maternal dietary background were observed before first feeding, except slightly lower body weight (-13%), significant effects on the transcriptome of whole body alevins appeared after 3 weeks of feeding. These effects of maternal nutritional history were mainly related to muscle growth/contraction and carbohydrate and energy metabolism. Irrespective of the maternal origin of progeny, first feeding diets containing plant ingredients resulted in up-regulation of genes involved in AA/protein and cholesterol metabolism, as well as in changes in the expression of genes involved in carbohydrate metabolism. Finally, the effects of long-term feeding trout plant-based diets were also studied in juveniles (10g) and ongrowing fish (250-350g), mainly focusing on intestine and liver gene expression. The long term trial in juveniles highlighted subtle effects on both intestinal and hepatic gene expression (transcriptome), mainly related to LC-PUFA and cholesterol biosynthetic pathways, which were enhanced in fish fed the plant based diets. This transcriptional pattern was maintained in ongrowing fish. Genes involved in protein catabolism, carbohydrate metabolism and trafficking were also affected by plant-based diets in juveniles, but these results were not fully confirmed in ongrowing fish. Overall, the results of the present thesis allowed extending the use of diets with high replacement rates of fish meal and fish oil to the whole life cycle of fish, including broodstock and early stages. Adjustments of the feed-formula are still needed to further optimize reproductive and growth performance.

Le poisson est un produit très périssable dont l’altération résulte essentiellement de la croissance bactérienne. Comparé aux régions tempérées, peu d’études portent sur le microbiote d’altération des poissons tropicaux. En Martinique, le thon jaune (Thunnus albacares) et l’ombrine ocellée (Sciaenops ocellatus) représentent des poissons d’intérêt pour les filières pêche et aquaculture. Dans le but de mieux connaître le microbiote d’altération de ces poissons, des analyses culturales et aculturales (séquençage de nouvelle génération des amplicons d’ARNr 16S, Illumina MiSeq) ont été réalisées.Une grande diversité d’espèces bactériennes a été retrouvée dans le thon et l’ombrine fraîchement pêchés (104 et 887 OTUs, respectivement) et la plupart d’entre elles sont communément isolées des poissons (Chryseobacterium, Burkholderia, Flavobacterium, Psychrobacter, Arthrobacter, Staphylococcus). Certaines, comme Ralstonia sp. et Rhodanobacter terrae, en quantité importante dans le thon frais, sont plus atypiques. Au cours de l’entreposage du thon sous-glace, Pseudomonas et Brochothrix deviennent dominants. L’emballage sous atmosphère modifiée (MAP) ou sous vide (VP) entraine clairement la sélection de Brochothrix dans un cas et d’un mélange de Brochothrix, bactéries lactiques (Lactococcus piscium, Carnobacterium maltaromaticum) et d’entérobactéries (Hafnia paralvei) dans l’autre, et ne permet pas une augmentation significative de la durée de conservation. Pour les filets d’ombrine, peu de différences sont observées entre MAP et VP dont le microbiote se compose essentiellement de bactéries lactiques (Carnobacterium spp., Vagococcus spp., Lactococcus spp., Leuconostoc spp.). La durée de conservation est étendue de 15 jours par rapport au poisson entier sous air.L’inoculation de différentes espèces bactériennes dans de la chair pauci-microbienne de thon ou d’ombrine a montré que Hafnia paralvei et Serratia spp. sont les espèces les plus altérantes. Brochothrix thermosphacta et Carnobacterium spp. produisent aussi des odeurs indésirables mais de façon plus modérée. Chez Pseudomonas, les espèces ne sont pas toutes altérantes et présentent même parfois des capacités à empêcher le développement des mauvaises odeurs induites par d’autres bactéries (Pseudomonas psychrophila/fragi) et à dégrader l’histamine (Pseudomonas cedrina, Pseudomonas plecoglossicida/monteilii). En parallèle, des tests sensoriels et des dosages physico-chimiques ont également été réalisés pour comprendre les conséquences de la croissance bactérienne et identifier des indicateurs fiables pour l’évaluation du degré d’altération des produits. / Fish is a highly perishable product and spoilage is mainly due to the bacterial growth. Compared to temperate regions, few studies examined the spoilage microbiota of tropical fish. In Martinique, yellowfin tuna (Thunnus albacares) and red drum (Sciaenops ocellatus) are essential fish of fisheries and aquaculture sectors. For a better characterization of the microbial ecosystem, culture-dependent and culture-independent (next-generation sequencing of 16S rRNA amplicons, Illumina MiSeq) methods were carried out.A wide diversity of species was found in freshly caught tuna and red drum (104 and 887 OTUs, respectively) and most of them are commonly isolated from fish (Chryseobacterium, Burkholderia, Flavobacterium, Psychrobacter, Arthrobacter, Staphylococcus). Others, such as Ralstonia sp. and Rhodanobacter terrae, largely present in fresh tuna, are less familiar. During the ice-storage of tuna, Pseudomonas and Brochothrix became dominant. The modified atmosphere packaging (MAP) and vacuum packaging (VP) clearly leaded to the selection of Brochothrix in one case and to a mixture of Brochothrix, lactic acid bacteria (Lactococcus piscium, Carnobacterium maltaromaticum) and enterobacteria (Hafnia paralvei) in the other case, and not conduct to a significant increase of the shelf-life. For red drum fillets, few differences were observed between MAP and VP with a microbiota essentially composed by lactic acid bacteria (Carnobacterium spp., Vagococcus spp., Lactococcus spp., Leuconostoc spp.). The shelf-life was extended by 15 days compared to the whole fish ice-stored.The inoculation of different bacterial species into the pauci-microbial flesh of tuna or red drum showed that Hafnia paralvei and Serratia spp. were the most spoiling bacteria. Brochothrix thermosphacta and Carnobacterium spp. produced more moderate undesirable odors. Among the Pseudomonas genus, not all species induced spoiling effects and some of them are even able to prevent the development of unpleasant odors from other bacteria (Pseudomonas psychrophila/fragi) and to degrade histamine (Pseudomonas cedrina, Pseudomonas plecoglossicida/monteilii).At the same time, sensory tests and physico-chemical assays were performed to understand the consequences of the bacterial growth and to identify reliable indices for the evaluation of the spoilage degree of the products.