Spartina anglica est une espèce exotique hybride qui peuple les zones humides littorales. Elle s’est installée dans le Bassin d’Arcachon au cours des années 1980, envahissant fortement les prés salés et les platiers vaseux préalablement occupés par, respectivement, Spartina maritima et Zostera noltei. Face aux inquiétudes suscitées par cette installation, cette thèse vise à comprendre, par une approche pluridisciplinaire, les mécanismes d’invasion et ses conséquences sur le milieu physique et sur les espèces végétales natives. L’objectif de ce travail est d’étudier l’occupation de niche par S. anglica et ses interactions avec deux espèces intertidales natives : S. maritima et Z. noltei.L’analyse d’images aériennes et satellitales a montré que, 30 ans après l’invasion, dans une zone densément peuplée par la Spartine native, la zone haute des prés salés a peu changé : la Spartine anglaise a occupé des niches vides et n’a pas remplacé la végétation native. Une expérience de transplantation réciproque et de mesures de biomasses confirment ce résultat, en montrant que l’espèce native offre une résistance à la colonisation de l’espèce exotique. L’expansion de la Spartine anglaise vers les replats de marée de l’intérieur du Bassin serait ainsi liée à sa capacité à tolérer les perturbations physiques, à sa forte plasticité de croissance en milieu oxygéné et riche en nutriments et à son comportement auto-facilitateur. Sa forte capacité d’ingénieur d’écosystèmes semble être liée à son système racinaire très développé, qui améliore l’aération des sols fortement anoxiques.Les effets de la colonisation par l’espèce exotique des zones intertidales basses à subtidales sur la Zostère naine sont importants sur le long-terme (dizaines d’années). En tant qu’ingénieur d’écosystèmes, la Spartine exotique favorise l’élévation du sol par sédimentation, entrainant une dessiccation du sédiment, peu favorable à la Zostère. Des mesures physiques au sein de patchs de l’espèce exotique suggèrent que l’élévation du sédiment est toutefois lente, surtout liée à une allocation de biomasse spécifique aux racines ainsi qu’à des rhizomes qui permettent de résister à l’érosion.En termes de gestion et de conservation des prés salés du Bassin d’Arcachon, ces résultats indiquent l’importance de limiter les perturbations physiques et les apports nutritifs qui pourraient rompre la résistance à l’invasion de la Spartine native. Ils supportent aussi l’idée que la Spartine anglaise pourrait être un allié robuste face à l’élévation du niveau de la mer. / Spartina anglica is a hybrid exotic cordgrass that inhabits coastal salt marshes. This species arrived in the Bay of Arcachon in the 1980s and since has importantly colonized the salt marshes and tidal flats formerly only occupied by the native Spartina maritima and Zostera noltei, respectively. This work aims at understanding, with an interdisciplinary perspective, the invasion mechanisms of this exotic cordgrass and the outcoming changes of its introduction in the Bay, both to the physical environment and to the native vegetation. Different approaches were considered in order to assess the niche occupancy by the exotic Spartina and its interactions with the native intertidal species, Spartina maritima and Zostera noltei.The analysis of aerial and satellite images has shown that, in about 30 years after the invasion, within a zone densely populated by the native Spartina, the global high marsh zone did not suffer significant changes with the arrival of the invasive species. Spartina anglica did not replace the existent marsh vegetation, it occupied empty niches along the intertidal area instead. Additionally, experimental works of cross transplantation and biomass measurements have corroborated that the native Spartina maritima offers resistance to the colonization by the exotic Spartina. It was also shown that the invasive occupies the same intertidal niche along the elevation and anoxic gradient than the native. The successful extension of Spartina anglica into the mudflat towards the inner Bay was related to its likely ability to tolerate physical disturbances, its strong growth plasticity in nutrient- and oxygen- rich patches and its self-facilitator behaviour. This latter trait is related to its strong ecosystem-engineering ability due to its prominent root system and consequent ability to ameliorate the oxygenation of highly anoxic soils.The main effect of the exotic Spartina species on the seagrass is related to its stronger ecosystem-engineering ability, favouring bed accretion up to levels that are not favourable to Z. noltei through enhancement of desiccation stress. However, hydrodynamic and altimetry measurements have shown that the process of bed accretion is slow and, due to the cordgrass’ specific preferential biomass allocation to roots, its efficiency is more linked to its resistance to erosion rather than sediment trapping.The results of this study provide relevant information for the definition of appropriate action and conservation strategies of marsh zones in the Bay of Arcachon, and in particular the importance of limiting physical disturbance and nutrient pollution that could disrupt the biotic resistance of the native cord grass. They also suggest a potentially important role of the exotic species in facing increasing Sea Level Rise.

Les prés-salés sont des interfaces complexes entre le milieu continental et maritime d'une grande importance environnementale. En contexte de changement climatique, ces zones vulnérables font maintenant l'objet d'une attention particulière. Cette étude porte sur la mesure et la compréhension de la dynamique des prés-salés soumis à un régime méga-tidal (marnage supérieur à 10 m), à travers l'étude de deux estuaires des côtes du Nord-Ouest de la France : l'estuaire du Couesnon en baie du Mont-Saint-Michel (MSM) et l'estuaire de la Somme. L'originalité de l'approche est de considérer une très large gamme d'échelles temporelles, depuis l'échelle séculaire jusqu'à l'événement de marée. A l'échelle séculaire, la mesure de l'évolution de la surface des prés salés en Baie de Somme, à partir de documents historiques et de photos aériennes, montre une évolution étonnamment similaire à celle de l'estuaire du Couesnon depuis la canalisation de la partie terminale de ces rivières au milieu du XIXème siècle. Après une phase de développement rapide des prés salés, une réduction concomitante des taux de croissance est observée dans les deux estuaires au début du XXème siècle. Nous proposons que l'augmentation du niveau marin à cette période soit responsable de cette réduction de croissance des prés-salés. L'analyse pluriannuelle des surfaces en baie de Somme met en évidence des périodes d'érosion des prés-salés résultant de la migration des chenaux tidaux à la frontière des prés-salés. Une étude sur 3 ans en baie du MSM a permis de caractériser le fonctionnement d'un chenal tidal sinueux en frontière des prés salés, grâce à des mesures topographiques inédites réalisées avec un Lidar terrestre haute résolution, combinées à des mesures hydro-sédimentaires. Des relevés journaliers durant les marées d'équinoxe de Septembre et de Mars ont mis en évidence une relation très non-linéaire entre érosion des berges et hauteur de marée. Cette relation est régie principalement par une forte augmentation des vitesses du courant lors du jusant. L'étude des taux d'accrétion dans la partie interne du méandre tidal a révélé l'importance de la présence de la végétation pionnière. Des lois empiriques de sédimentation et d'érosion en fonction de la hauteur de marée sont proposées. Il est montré que 6 % des marées les plus hautes de l'année sont responsables de 90 % de l'érosion des prés-salés par migration du chenal, alors que la sédimentation est dominée par les marées les plus fréquentes. Ces travaux mettent en évidence le rôle fondamental de la divagation des chenaux en marge des prés salés méga-tidaux. Leur dynamique est contrôlée principalement par les marées les plus importantes, dont la fréquence est régit par des cycles nodaux de 4,4 à 18,6 ans. Les données topographiques et hydro-sédimentaires inédites acquises durant ce travail de thèse fournissent des contraintes fortes pour le développement de modèle d'évolution des prés salés. / Salt marshes are complex interfaces between land and sea of high environmental values. Theses vulnerable landforms are now subjected to particular attention since they are very sensitive to sea level changes and storm events. This study focuses on salt marsh dynamic subjected to a mega-tidal range (higher than 10 m) that received less attention, through the study of two estuaries of the north-western coast of France: The Couesnon estuary in the Bay of Mont -Saint-Michel and the Somme estuary. The originality of this study is to consider a wide range of time scales, from the secular one to tide events. At secular time scale, we measure the evolution of salt marsh surfaces in the Somme bay, from historical documents and aerial photographs. The comparison with the Couesnon estuary reveals a surprisingly similar evolution of salt marsh extension, since the derivation and embankment of their main river in early mid XIXth century. After a period of rapid salt marsh extension, a concomitant reduction of growth rates is observed in both estuaries in the early XXth century. We propose that the increase in sea level rise during this period is responsible for the reduced growth of salt marshes. The pluriannual analysis highlights periods of erosion of salt marshes resulting from the tidal channels migration on salt marsh fringe. However, the pluriannual time scale does not capture the processes governing the dynamics of channel migration. This has motivated a 3 years study of a sinuous tidal channel located on the fringe of the marsh with the aim to understand its dynamics at daily to annual scales. We have acquired 36 high resolution topographic surveys with Terrestrial Laser Scanner. We used daily surveys during spring tides of various High Water Level (HWL) to analyze channel dynamics at tidal event timescales. Daily TLS measurements revealed a non-linear relationship between bank erosion and tidal height. This relationship is related to a sharp increase in flow velocities during the ebb (up to 2.2 m/s) for overmarsh tides. Spatially averaged accretion on the inner bend tends to increase linearly with HWL and is increased by a factor 2 during summer/autumn spring tides at the peak of pioneer vegetation development. We propose empirical laws of sedimentation and erosion depending on the tide height, which model that 6% of the highest tides of the year are responsible for 90 % of salt marsh erosion by channel migration, while sedimentation is dominated by frequent tides. These results highlight the need to incorporate the influence of vegetation on sedimentation rates as well as tidal migration processes in models of salt marsh dynamic in mega-tidal environment. Long term modeling should account for the highest tides of the year, that make tidal channel very sensitive to the nodal cycle (18.6 years) which controls the occurrence of the highest tides in mega-tidal environment.

Les prés-salés sont des interfaces complexes entre le milieu continental et maritime d'une grande importance environnementale. En contexte de changement climatique, ces zones vulnérables font maintenant l'objet d'une attention particulière puisqu'elles sont très sensibles aux fluctuations du niveau marin et à l'impact des tempêtes. Cette étude porte sur la mesure et la compréhension de la dynamique des prés-salés soumis à un régime méga-tidal (marnage supérieur à 10 m) encore peu étudié, à travers l'étude de deux estuaires des côtes du Nord-Ouest de la France : l'estuaire du Couesnon en baie du Mont-Saint-Michel et l'estuaire de la Somme. L'originalité de l'approche est de considérer une très large gamme d'échelles temporelles, depuis l'échelle séculaire jusqu'à l'événement de marée. A l'échelle séculaire, la mesure de l'évolution de la surface des prés salés en Baie de Somme, à partir de documents historiques et de photos aériennes, montre une évolution étonnamment similaire à celle de l'estuaire du Couesnon depuis la canalisation de la partie terminale de ces rivières au milieu du XIXème siècle. Après une phase de développement rapide des prés salés, une réduction concomitante des taux de croissance est observée dans les deux estuaires au début du XXème siècle. Nous proposons que l'augmentation du niveau marin à cette période soit responsable de cette réduction de croissance des prés-salés. L'analyse pluriannuelle des surfaces en baie de Somme met en évidence des périodes d'érosion des prés-salés résultant de la migration des chenaux tidaux à la frontière des prés-salés. Cependant, l'échelle de temps pluriannuelle ne permet pas d'appréhender les processus régissant la dynamique de migration des chenaux. Une étude sur 3 ans en baie du Mont-Saint-Michel a permis de caractériser le fonctionnement d'un chenal tidal sinueux en frontière des prés salés, grâce à des mesures topographiques inédites réalisées avec un Lidar terrestre haute résolution, combinées à des mesures hydro-sédimentaires (vitesses fluides et concentration). Encore jamais utilisé à cette échelle en contexte de prés-salés, des relevés journaliers durant les marées d'équinoxe de Septembre et de Mars ont mis en évidence une relation très non-linéaire entre érosion des berges et hauteur de marée. Cette relation est régie principalement par une forte augmentation des vitesses du courant lors du jusant, pouvant atteindre 2,2 m/s lorsque les marées inondent totalement les prés-salés. L'étude des taux d'accrétion dans la partie interne du méandre tidal a révélé l'importance de la présence de la végétation pionnière. En effet celle-ci introduit une très forte hétérogénéité spatiale de l'accrétion et augmente les taux moyens de sédimentation à l'échelle du méandre par un facteur 2. Des lois empiriques de sédimentation et d'érosion en fonction de la hauteur de marée sont proposées. Il est montré que 6 % des marées les plus hautes de l'année sont responsables de 90 % de 10 l'érosion des prés-salés par migration du chenal, alors que la sédimentation est dominée par les marées les plus fréquentes, dès lors que les zones végétalisées sont submergées. Ces travaux mettent en évidence le rôle fondamental de la divagation des chenaux en marge des prés salés méga-tidaux. Leur dynamique est contrôlée principalement par les marées les plus importantes, dont la fréquence est régit par des cycles nodaux de 4,4 à 18,6 ans. Toute modélisation de l'évolution des prés salés doit donc incorporer la migration des chenaux et l'érosion des berges, ainsi que l'effet de la végétation sur la sédimentation qui ne sont pour l'instant pas pris en compte dans ce type de modèle morpho-dynamique. Les données topographiques et hydro-sédimentaires inédites acquises durant ce travail de thèse fournissent des contraintes fortes pour le développement d'un tel modèle.