Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

L’objectif de la thèse est, tout d’abord, d’identifier et caractériser la trajectoire spatio-temporelle d’un petit cours d’eau périurbain de faible énergie, à travers l’exemple francilien de la Mérantaise (Essonne-Yvelines). Ces objets d’étude sont, en effet, trop souvent négligés par la communauté scientifique alors même que les enjeux environnementaux de restauration et de préservation écologique, préconisés depuis plusieurs décennies par la DCE, y sont importants (impacts de l’urbanisation et des aménagements anciens). Une approche croisée géohistorique et hydromorphologique a permis de reconstituerl’évolution passée et actuelle de la rivière : la vallée a été fortement aménagée depuis le Moyen-Âge par des équipements hydrauliques modestes mais ayant affecté plus de 80% du linéaire. Les moulins à eau ont été abandonnés au cours du 20ème siècle, libérant partiellement le chenal. Désormais, la trajectoire actuelle, marquée par des ajustements morphologiques significatifs récents, est moins commandée par les aménagements anciens que par les pressions anthropiques actuelles qui touchent le bassin versant(urbanisation, réseau de transports et de drainage, intensification de l’agriculture). Enfin, cette thèse est également l’occasion de s’interroger sur le caractère écologiquement pertinent et hydromorphologiquement durable des travaux de restauration des milieux aquatiques. Ce travail doctoral propose, par ailleurs, de considérer les opérations de restauration comme de nouveaux équipements de la rivière répondant à des besoins socio-politiques nouveaux et participants pleinement de la trajectoire fonctionnelle de la rivière. / The objective of this research is, first of all, to identify and characterize the spatio-temporal trajectory of a small low energy periurban river, through the example of the Merantaise River located in the Seine Basin. These objects of investigation are too often neglected by the scientific community even though the environmental issues of ecological restoration politics, advocated for several decades by the WFD, are important (impacts of urbanization and ancient watermills). An interdisciplinary geohistorical and hydromorphological approach allowed to reconstruct the past and present evolution of the river: the valley has been heavily developed since the Middle-Ages by modest hydraulic equipment but has beenaffected on more than 80% of the channel. Water mills were abandoned during the 20th century, partially clearing the channel. Nowadays, the current trajectory is marked by recent significant morphological adjustments and is less controlled by old hydraulical structures than by current anthropogenic pressures affecting the watershed (urbanization, transport and drainage network, intensification of agriculture). Finally, this thesis is also an opportunity to question the ecologically relevant and hydromorphologically sustainable nature of ecological restoration. This doctoral work also proposes to consider restoration operations as new river facilities responding to new socio-political needs and fully participating of the river's functional trajectory.

Les mares forestières temporaires sont de petites zones humides d’eau douce, sujettes à de fortes dégradations. Le fonctionnement des mares naturelles et restaurées a été étudié en se basant sur les taux de décomposition de la matière organique (MO) et sur l’effet de facilitation d’une plante vasculaire (Molinia caerulea, molinie) sur la croissance des sphaignes (Sphagnum palustre). Les taux de décomposition de la MO dans l’eau ne différaient pas entre les mares naturelles et restaurées mais ils étaient influencés par la teneur en carbone organique du sol, l’ouverture de la canopée forestière et le couvert en sphaignes. Dans le sol de la zone de transition mare-forêt, ces taux étaient réduits par la saturation en eau et par un couvert molinie-sphaignes. La présence de la molinie diminuait la croissance des sphaignes, suggérant une compétition. Les résultats de cette étude contribuent à l’écologie de la restauration de ces mares et questionnent leur devenir dans un contexte de changement climatique. / Vernal pools are small freshwater wetlands, subject to strong degradations. The functioning of natural and restored vernal pools was studied, based on organic matter (OM) decomposition rates and the facilitation effect of a vascular plant (Molinia caerulea, purple-moor grass) on Sphagnum growth (Sphagnum palustre). The rates of OM decomposition in water were not different between natural and restored pools, but they were influenced by soil organic carbon content, tree canopy openness and Sphagnum cover. In the soil of the pool-forest transition zone, these rates were reduced by water logging and by a Molinia-Sphagnum cover. The presence of Molinia decreased Sphagnum growth, suggesting a competition relationship. The results of this study contribute to the restoration ecology of vernal pools and raise the question of their fate in the climate change context.

Depuis le début du 20ième siècle, les changements d'usage des terres, la disparition des prédateurs et les régulations de la chasse ont provoqué une augmentation des populations de cervidés dans les forêts tempérés et boréales. Ce phénomène, qui est un grand succès de la conservation de ces espèces, a toutefois conduit à des surabondances qui ont entrainé des effets négatifs en cascades sur la végétation et les communautés animales qui en dépendent.J'ai utilisé l'expérience naturelle qu'est l'introduction du cerf à queue noire sur l'archipel d'Haïda Gwaii pour étudier les conséquences de sa surabondance sur un écosystème tempéré peu perturbé par les activités anthropiques. J'ai ainsi pu mettre en évidence les contrôles descendants directs et indirects qu'exerce l'herbivore sur les Bryophytes (positifs), les plantes vasculaires (négatifs) et sur l'avifaune (négatifs) quand il n'est pas limité par les prédateurs ou la chasse.J'ai complété ces résultats par une analyse régionale sur 20 ans pour montrer que la perte de biodiversité enclenchée par la surabondance de ces cerfs était un phénomène d'érosion continu se prolongeant bien au-delà de l'impact initial. A l'échelle de l'Amérique du Nord, j'ai ensuite pu montrer, conformément aux prédictions faite à partir des études locales, qu'il existait une relation entre surabondance des populations d'ongulés et déclin de l'avifaune du sous-bois du continent. Enfin, j'ai analysé les suivis d'une expérience de réduction des densités de cerfs entamée sur deux îles il y a 13 ans. La végétation et l'avifaune se sont partiellement reconstituées démontrant qu'il est possible (1) de restaurer les réseaux trophiques fortement modifiés et (2) qu'une telle restauration si elle est possible prendra du temps et ne convergera pas (rapidement) vers un état initial. Afin de limiter les conséquences dommageables provoquées par la surabondance des cervidés, la conservation des prédateurs et l'augmentation de la chasse doivent être favorisés. / Since the past century land use changes, elimination of predators and hunting regulations triggered an increase of deer populations in temperate and boreal forests. This remarkable conservation success, lead to deer overabundance and to a cascade of negative effects on vegetation and on animal communities depending on it. I used the natural experiment provided by the introduction of black-tailed deer to Haida Gwaii to analyze the consequences of overabundant herbivore populations on temperate ecosystem only slightly modified by human activities. This unique situation allowed me to demonstrate the direct and indirect top-down effects that herbivores uncontrolled by predation or hunting exert on Bryophytes (positive) and Vascular plants (negative) as well as on songbirds (negative).I used an analysis of regional trends spanning over 20 years to show that biodiversity erosion caused by overabundant deer extends far beyond the initial impact. At the North-American scale I was able to establish a relationship between expanding deer populations and continent wide declines in understory birds. Finally I analyzed the results of an experimental reduction in deer populations initiated 13 years ago on two islands. The understory plants and songbirds responded positively and we show that (1) it is possible to restore trophic networks even after their dramatically modification, (2) that such a restoration while possible takes time and does not (rapidly) converge towards an identified initial state. From a practical standpoint I recommend that to mitigate negative effects of overabundant deer, predator conservation and hunting have to be promoted.

En Nouvelle-Calédonie, les sols développés sur roches ultramafiques (5.500 km2) sont constitués à plus de 65% d'oxy-hydroxyde de fer, ils présentent des teneurs très faibles en azote et en phosphore (1/10 à 1/100 des teneurs moyennes), de surcroît ils sont déséquilibrés pour le rapport Ca/Mg et contiennent des concentrations très élevées en métaux lourds (nickel, manganèse, cobalt, chrome). L'exploitation à ciel ouvert du nickel sur ces sols associés à des écosystèmes particulièrement originaux et diversifiés doit prendre en considération à la fois les intérêts économiques et les préoccupations écologiques. Des espèces endémiques pionnières des sols ultramafiques ou cicatricielles des sites miniers dégradés ont été identifiées. Parmi ces espèces, plusieurs espèces de Costularia (Cyperaceae) sont préconisées pour la revégétalisation des sites miniers après exploitation. Les itinéraires techniques de restauration écologique des sites miniers requièrent une approche pluridisciplinaire intégrant des données pédologiques, physiologiques et microbiologiques des écosystèmes des maquis miniers. L'analyse des relations sols/plantes sur une toposéquence comprenant différents types de maquis a permis de mettre en évidence une relation directe entre les concentrations du sol en éléments disponibles et la diversité et l'organisation des espèces, notamment pour ce qui concerne la structuration de la strate herbacée. Ce travail couplé à la mise en place par la société SIRAS Pacifique d'un champ semencier expérimental de Cyperaceae a permis de montrer que la croissance de Costularia comosa répond positivement à la fertilisation azotée et phosphatée. L'expérimentation a permis également de souligner que la vigueur, la vitesse de développement, le taux de mycorhization et la fructification des plants sont stimulés par des doses modérées de ces éléments. D'autres travaux réalisés ont apporté un approfondissement de nos connaissances sur le rôle des microorganismes associés aux racines des Costularia. Ainsi, nous avons montré que neuf espèces pionnières de Cyperaceae étudiées in situ, développent des symbioses mycorhiziennes arbusculaires. Une expérience de mycorhization contrôlée de Costularia comosa a permis de montrer que la mycorhization par Glomus etunicatum est fonctionnelle, avec une augmentation de la biomasse des plants 2,8 fois supérieure au témoin. De plus, la mycorhization réduit la concentration en nickel dans la plante, suggérant un rôle barrière du champignon mycorhizien vis-à-vis du nickel. Dans cette étude, nous présentons également une description des populations bactériennes aérobies, hétérotrophes et résistantes au nickel, isolées des racines de deux espèces de Costularia inféodées aux maquis. Ces populations bactériennes sont de faible densité et dominées par les Protéobactéries. Certaines des souches isolées présentent une tolérance à 15 mM de nickel soluble et la capacité de solubiliser les phosphates. L'avancement apporté dans les connaissances concernant la nutrition minérale des Cyperaceae et le rôle des microorganismes qui leur sont associés permet d'envisager la mise en place en routine de champs semenciers productifs et l'utilisation des microorganismes associés aux Costularia dans les itinéraires techniques de restauration écologique pour en améliorer la réussite.

Les hauts de falaises littorales atlantiques présentent des végétations originales de pelouses aérohalines et de landes littorales adaptées aux fortes contraintes écologiques. Depuis la fin de la seconde guerre mondiale, le développement de nouvelles activités anthropiques, dont le tourisme, a provoqué la dégradation de ces habitats à forte valeur patrimoniale. De nombreux projets de restauration ont été lancés depuis les années 1990, fondés majoritairement sur la recolonisation spontanée de la végétation par mise en défens des zones dégradées, et complétés ponctuellement par des méthodes plus actives de génie écologique. Ce travail apporte des connaissances scientifiques pour évaluer et améliorer ces opérations de restauration et constitue une contribution à la discipline de l'écologie de la restauration. L'analyse de données diachroniques de points-contacts disponibles à long terme sur plusieurs sites en cours de recolonisation démontre que la restauration fondée sur la succession de la végétation est une méthode efficace à court ou à moyen terme. Plusieurs trajectoires de restauration sont mises en évidence selon le niveau d'exposition ou de dégradation initiale. L'utilisation du modèle des matrices des transitions permet de décrire la succession de manière probabiliste et de mettre en évidence les potentialités de prédiction de la dynamique végétale, montrant la difficulté de réaliser des prévisions à partir des premières années de succession. Plusieurs facteurs abiotiques et biotiques sont étudiés afin de déterminer leur implication sur le fonctionnement des végétations et sur leur capacité de résilience. La complexité de la topographie, combinée à la fluctuation des directions du vent, apparaissent responsables de fortes variations locales des gradients de contraintes qui doivent être prises en compte lors des projets de restauration, avec un rôle prédominant du dépôt de sel sur la nature de la végétation potentielle. L'étude de l'évolution de la végétation, de la banque de graines et du sol, en fonction du niveau de dégradation, met en évidence des seuils de dégradation biotique et abiotique. Les dégradations importantes provoquent la disparition des espèces cibles de la banque de graines, remplacées par des espèces pionnières tolérantes aux perturbations qui colonisent rapidement le sol nu dès l'arrêt de la perturbation. Les caractéristiques intrinsèques des sols de pelouse aérohaline et de lande induisent différentes réponses des paramètres édaphiques à la dégradation, le taux de carbone organique et le taux d'humidité sont des indicateurs pertinents pour évaluer le niveau de dégradation des sols. Les méthodes de restauration active les plus efficaces agissent sur les filtres biotique et abiotique environnementaux modifiés par la perturbation anthropique. Les expériences réalisées sur les modalités les plus communément utilisées pour la restauration de ces végétations montrent que l'apport de litière est la méthode la plus performante, avec le géotextile et l'apport de produit de fauche. Ces méthodes montrent une efficacité moindre en situation exposée, confirmant l'effet limitant des contraintes sur la restauration de la végétation. Les résultats de ce travail apportent de nombreux éléments permettant de mieux cerner la structure et le fonctionnement de ces écosystèmes et fournissent un cadre scientifique pour l'amélioration des opérations de restauration écologique.

Le contrôle de l'érosion et la rétention de sédiments comptent parmi les services les plus importants rendus par la végétation, mais ces fonctions sont de moins en moins bien remplies dans de nombreux milieux. Dans les Alpes du Sud françaises, de vastes affleurements marneux sont soumis à une érosion hydrique intense qui provoque chaque année la perte de quantités considérables de sol et menace les biens et les personnes en aval des bassins versants. Face à la dégradation des milieux, de nombreuses opérations de restauration écologique sont menées afin de rétablir les fonctions des écosystèmes et d'assurer un contrôle durable de l'érosion. Depuis une dizaine d'années, le rôle des traits fonctionnels dans le fonctionnement des écosystèmes fait l'objet d'un questionnement important en écologie et motive de nombreuses recherches. Les traits fonctionnels déterminent à la fois la réponse des espèces végétales aux contraintes environnementales et leur effet sur les processus des écosystèmes. Ils permettent également la généralisation et la modélisation des résultats pour une plus grande valeur opérationnelle. Ce travail de thèse s'inscrit dans ce contexte. Il a pour objectif de mieux comprendre les relations entre les traits fonctionnels des plantes et, d'une part leur réponse aux contraintes érosives, d'autre part, leur effet de protection contre l'érosion. La résistance des espèces végétales au déracinement et à l'ensevelissement lors d'épisodes érosifs intenses ainsi que leurs fonctions de stabilisation des sols et de piégeage des sédiments ont ainsi été étudiées sur des espèces herbacées et ligneuses dans leurs premiers stades de développement. Les résultats obtenus ont permis de mettre en évidence les traits fonctionnels principaux qui influencent la réponse et l'effet des espèces à/sur l'érosion. Ainsi, des traits décrivant la morphologie du système racinaire, tels que le pourcentage de racines fines, ont pu être reliés à la résistance au déracinement et à la fixation des sols, alors que la forme de croissance et des traits décrivant la morphologie aérienne sont apparus déterminants respectivement dans la résistance à l'ensevelissement sous des sédiments et leur piégeage. Ce travail contribue à approfondir les connaissances en écologie de la restauration appliquée aux milieux érodés de montagne et à améliorer les outils de gestion. En particulier, les résultats peuvent être utilisés pour le diagnostic de la vulnérabilité des milieux à l'érosion ou pour prévoir le succès des opérations de restauration.

Cette thèse s'inscrit dans une perspective compréhensive des processus depatrimonialisation de grands sites naturels bretons, de leur découverte à leur réhabilitation, ici la pointedu Raz, le cap Fréhel et la côte sauvage de Quiberon. Ces promontoires littoraux, objets inventés au19e siècle, sont devenus au fil du temps des supports d'oeuvres littéraires et picturales, d'introspectionet de fascination exercée par la puissance des éléments marins. Ces lieux ont accueilli depuis lesannées 1950 des fréquentations touristiques de plus en plus importantes, ayant provoqué desphénomènes de mise à nu des sols, que l'administration de l'Environnement a jugé menaçants pourleur intégrité. Il y a une trentaine d'années, elle a donc décliné une politique de réhabilitation dont lamatérialisation principale fut la conduite d''Opérations Grand Sites'. De quelle manière ces projets deréhabilitation sont-ils menés et selon quelles doctrines ? Comment prennent-ils en compte lesdifférents usages et valeurs attribuées à ces patrimoines ? Cette thèse analyse les aménagements,désaménagements et réaménagements de ces sites, l'imbrication de la montée de la doctrineécologique et des jeux d'acteurs qui s'y développent, et, interroge leur incidence sur le patrimoine etles modalités de son appropriation, ce que nous appelons le processus de patrimonialisation.La première partie retrace la patrimonialisation des grands sites naturels emblématiques de France,leur invention (chapitre 1), les politiques publiques mises en place en vue de leur protection(chapitre 2 et 3), et se focalise sur nos terrains d'étude (chapitre 4). La seconde partie montre lesévolutions du cadre doctrinal, organisationnel et normatif de l'action publique, favorisant la protectionde l'environnement et l'aménagement touristique. Elle montre le renouvellement des principesd'action publique (chapitre 5) et les transformations des espaces induites par les doctrines et les jeuxd'acteurs (chapitre 6 et 7). Enfin, la troisième partie aborde les effets de ces réhabilitations sur lepatrimoine et le processus de patrimonialisation contemporains (chapitre 8 et 9) et propose uneréflexion sur la dimension normative des opérations de réhabilitation : nous démontrons qu'elles sontconstitutives du processus de patrimonialisation.

Depuis le début du 20ième siècle, les changements d'usage des terres, la disparition des prédateurs et les régulations de la chasse ont provoqué une augmentation des populations de cervidés dans les forêts tempérés et boréales. Ce phénomène, qui est un grand succès de la conservation de ces espèces, a toutefois conduit à des surabondances qui ont entrainé des effets négatifs en cascades sur la végétation et les communautés animales qui en dépendent. J'ai utilisé l'expérience naturelle qu'est l'introduction du cerf à queue noire sur l'archipel d'Haïda Gwaii pour étudier les conséquences de sa surabondance sur un écosystème tempéré peu perturbé par les activités anthropiques. J'ai ainsi pu mettre en évidence les contrôles descendants directs et indirects qu'exerce l'herbivore sur les Bryophytes (positifs), les plantes vasculaires (négatifs) et sur l'avifaune (négatifs) quand il n'est pas limité par les prédateurs ou la chasse. J'ai complété ces résultats par une analyse régionale sur 20 ans pour montrer que la perte de biodiversité enclenchée par la surabondance de ces cerfs était un phénomène d'érosion continu se prolongeant bien au-delà de l'impact initial. A l'échelle de l'Amérique du Nord, j'ai ensuite pu montrer, conformément aux prédictions faite à partir des études locales, qu'il existait une relation entre surabondance des populations d'ongulés et déclin de l'avifaune du sous-bois du continent. Enfin, j'ai analysé les suivis d'une expérience de réduction des densités de cerfs entamée sur deux îles il y a 13 ans. La végétation et l'avifaune se sont partiellement reconstituées démontrant qu'il est possible (1) de restaurer les réseaux trophiques fortement modifiés et (2) qu'une telle restauration si elle est possible prendra du temps et ne convergera pas (rapidement) vers un état initial. Afin de limiter les conséquences dommageables provoquées par la surabondance des cervidés, la conservation des prédateurs et l'augmentation de la chasse doivent être favorisés.

La perte d'habitat engendrée par l'artificialisation des côtes a de graves conséquences sur la biodiversité marine. Aussi, dans une optique de maintien de la biodiversité et des stocks de poissons, il peut s’avérer intéressant de restaurer certaines fonctions écologiques dans les zones anthropisées. Cette thèse avait pour objectif d’estimer le rôle potentiel des ports en tant qu’habitat pour les juvéniles de poissons côtiers et d’évaluer dans quelle mesure ce rôle peut être amélioré par le biais d’actions de restauration. Des expérimentations en aquarium ont permis d’estimer que le taux de survie des juvéniles sur des habitats artificiels utilisés à des fins de restauration était comparable à celui observé sur des roches. Une étude de la distribution spatiale des juvéniles à l’échelle d’un paysage sous-marin a ensuite montré que les ports pouvaient abriter des densités en juvéniles représentant de 50 à 90 % de celles retrouvées en milieu naturel. Les densités à l'intérieur des ports étaient cependant tributaires du type d’habitat considéré; les quais sans complexité structurale abritant les densités les plus faibles. Enfin, l'étude de cas concrets, a montré que la réhabilitation des ports pouvait significativement augmenter les densités de juvéniles à l’échelle de l’habitat, celles-ci pouvant atteindre des niveaux comparables au milieu naturel. Toutefois, ces bénéfices restaient faibles à l’échelle d’un port dans sa globalité. Ces travaux suggèrent un réel potentiel des infrastructures portuaires en tant qu’habitat juvénile alternatif, en particulier si des actions de restauration y sont entreprises. Cependant, pour plus d’efficacité, les projets de restauration devraient être menés à large échelle et utiliser une diversité d’habitats artificiels. La restauration écologique des ports peut ainsi être employée comme un outil complémentaire aux mesures de protection dans le cadre d’une gestion intégrée des zones côtières à l’échelle du paysage. / Habitat loss caused by urban sprawl has harmful consequences on marine biodiversity. With a view to maintaining biodiversity and fish stocks, it may be worthwhile to restore some ecological features in anthropized areas. The aim of this thesis was to estimate the potential role of ports as habitat for juvenile coastal fish and to evaluate how this role can be improvedthrough restoration actions. Tank experiments revealed that juvenile survival rate on artificial habitats used for restoration purpose could be equivalent to that observed on natural habitat. The assessment of the spatial distribution of juvenile at the scale of a seascape permitted to estimate that harbors could host densities of juvenile that were between 50 to 90% of thoseobserved in natural sites. Within harbors densities were highly dependent on the type of habitat, featureless dock hosting the lowest densities. Subsequently, based on case studies, this work demonstrated that harbors rehabilitation could significantly enhance juvenile densities at the habitat scale. Densities on restored habitat might reach those observed in natural habitats.However, at the scale of the whole harbor benefits were low. This work suggests that harbors have a real potential as an alternative juvenile habitat, especially if restoration actions are undergone. However, for more efficiency, restoration projects should be led at the scale of the whole site and include a diversity of artificial habitats. Thereby, restoration approaches shouldbe considered as a complementary tool to protection measures in a seascape integrated management approach of coastal areas