Les savanes sont des écosystèmes complexes pilotées par plusieurs mécanismes ascendant (ex: les nutriments du sol ou pluviométrie) ou descendant (ex: feu ou herbivorie), mais l'importance relative de ces mécanismes reste largement débattue. En particulier, le rôle des herbivores brouteurs (browsers) reste mal compris en tant que source de perturbation, et donc de force de pression descendante influant sur la dynamique des savanes. Dans cette étude, deux approches ont été développées pour aborder le rôle des perturbations dans la dynamique des savanes. Dans un première partie, j'ai utilisé une approche comparative inter-site pour explorer les réponses des communautés de plantes, et des principaux traits de ces plantes associés aux feuilles, branches, architecture et défense, aux variations de quatre facteurs : les nutriments dans le sol, la pluviométrie, la pression d'herbivorie et l'intensité du feu. Seize sites de savane, en Afrique du Sud et au Zimbabwe, ont été sélectionnés sur des gradients de chacun de ces facteurs. Les espèces ligneuses dominantes (>80 % de la biomasse) sur chaque site ont été identifiées et échantillonnées, afin de mesurer les traits des feuilles et des branches associés à l'appétence, architecture, ainsi qu'aux défenses physiques et chimiques de ces plantes. Des mesures ont également été faites pour estimer les effets des meso-brouteurs et mega-brouteurs. Des transects ont permis d'estimer la fréquence et l'intensité du feu sur chaque site, et l'effet sur les plantes. En préambule à l'analyse, et devant le manque de protocole standard pour estimer la fertilité des sols dans la littérature écologique, je propose une méthode et un échantillonnage afin de définir de manière robuste la fertilité des sols sur chaque site. Dans cette partie inter-site, huit traits principaux ont été comparés sur le gradient de qualité de sol et de pluviométrie, et bien que quelques relations statistiques existent entre les traits des feuilles, le sol et la pluviométrie, ces relations sont très faibles comparées à celle trouvées dans les méta analyses inter-biomes publiées dans la littérature. Cependant, ces approches interbiome sont dominées par des sites tempérés qui ont des niveaux de perturbations bien inférieurs à ceux des savanes africaines. L'évaluation des effets des meso-brouteurs et mega-brouteurs le long des gradients de sol et de pluviométrie sur vingt traits associés aux défenses structurelles et chimiques des plantes montre que les défenses structurelles sont plus corrélées aux caractéristiques du sol que les défenses chimiques, mais que seules les défenses structurelles sont fortement corrélées à l'impact par les brouteurs. Le niveau d'utilisation des plantes par les mesobrouteurs apparaît plus prévisible en fonction des traits des plantes que celui par les mégabrouteurs. Dans une deuxième partie présentent des résultats de deux études basées sur des expériences d'exclos. Dans le parc national de Kruger, la composition de la communauté, l'abondance et la démographie des ligneux dominants ont été estimées à l'intérieur et à l'extérieur de trois exclos de 40 ans, et les brouteurs apparaissent comme ayant un impact significatif sur la distribution, la densité et la structure des populations des espèces arbustives et arborées ayant des traits préférés : forte concentration en azote foliaire et faible teneur en défenses chimiques. L'interaction entre les effets des brouteurs et du feu semble aussi affecter le recrutement des juvéniles ligneux dans les grandes classes de taille. Dans le parc de Hluhluwe-iMfolozi, cinq exclos ont été utilisé pour tester l'effet des brouteurs sur l'architecture, la croissance, les défenses chimiques et structurelles des jeunes individus de sept espèces d'acacia. Des différences nettes apparaissent entre les espèces d'acacia de savane semi-aride et plus humide dans les traits associés à l'appétence, l'architecture et les défenses … [etc] / Savannas are complex ecosystems affected by several bottom-up (e.g. soil nutrient availability and rainfall) and top-down (e.g. fire and herbivory) drivers. However, the relative importance of bottom-up vs. top-down drivers in influencing savanna dynamics is still widely debated. Within the top-down (disturbance) category of drivers, the role of mammal browsers in particular in driving savanna functioning is still not well understood. Two approaches were adopted to determine the role of disturbance in savannas. Firstly, by using a comparative approach, I attempted to address the so-called ‘savanna problem’ by investigating how savanna woody plant community compositions and key plant traits relating to the leaves, stems, architecture, and defence are influenced by soil nutrient status, rainfall, fire and browsing. Sixteen sites were selected along gradients of these four drivers from savanna parks throughout South Africa and Zimbabwe. The dominant woody species (species that accounted for >80% of standing biomass) at each site were identified and sampled for the key leaf and stem traits relating to plant functioning, palatability, architecture, physical and chemical defences. Measurements were undertaken for each species in order to determine both meso-browser and mega browser impact. Transects were undertaken in order to determine the relative abundance and the effects of fire on each species at each site. Due to the current lack of standardized soil sampling protocols in the ecological literature, and uncertainty around the definition of what denotes a fertile or infertile soil, I propose a number of standardized protocols and sampled according to these established protocols in order to accurately determine the soil nutrient status at each site. Following this, the relationships between climatic variables and soil nutrients with both species means and community weighted means for eight key leaf traits were explored. Although some significant relationships were found between savanna leaf traits of woody plants, climate, soil nutrients and their interactions, these tended to be weaker than those found in meta-analyses. These broad-scale studies usually include sites from many biome types, many of which are from temperate regions where inherent levels of disturbance are typically much lower than in African savannas. The high levels of disturbance typically found in African savannas are thought to partially account for the high within site variability found in leaf traits and the weak relationships found between leaf traits, soil nutrients and rainfall. To assess the importance of resources vs. disturbance in savannas functioning, the effects of soil nutrients, rainfall, fire and both meso-browser and mega-browser impact on twenty savanna woody plant traits relating to plant palatability, chemical and structural defences were explored. Structural defences were found to be more strongly correlated with soil characteristics than chemical defences, while browser impact was found to be strongly correlated with structural defences but not with chemical defences. Actual browser utilisation tended to be more predictable for meso-browsers than mega-browsers. Secondly using an experimental approach, two sets of herbivore exclosures were utilized to directly test how mammal browsers influenced woody species distributions, abundance, population structure and plant traits relating to palatability and defence. The effects of three longterm herbivore exclosures in the Kruger National Park on savanna woody plant community compositions, population demographics and densities were determined. Browsers were found to have significant impacts on species distributions, densities and population structures by actively selecting for species with favourable traits, particularly higher leaf N. An interaction between browsers and fire which limited the recruitment of seedlings and saplings into larger size classes was also demonstrated… [etc]

La chasse aux trophées peut contraindre les ongulés à ajuster leur comportement pourréduire le risque de mortalité. De plus, comme cette chasse est basée sur des critères detaille, et biaisée en faveur des mâles, elle peut causer des changements morphologiquesvers des individus plus petits, et altérer la structure et la dynamique des populations. Lachasse aux trophées est l'un des modes de conservation des habitats naturels. Son potentielde conservation est encore incertain parce qu'il y a peu d'études en dehors des parcsnationaux, notamment en Afrique. Cette thèse examine les effets de cette chasse sur lesongulés africains, i.e. sur leur comportement, la longueur des cornes, la proportion de mâlesadultes, la taille de groupe, et la densité des populations. J'ai travaillé à partird'observations comportementales et de données populationnelles de suivis à long terme.Pour plusieurs espèces (surtout l'impala Aepyceros melampus, le grand koudouTragelaphus strepsiceros, et l'hippotrague noir Hippotragus niger), j'ai comparé lecomportement, la structure et la densité des populations entre le Parc National de Hwangeet les zones de chasse adjacentes, Zimbabwe. Dans les zones de chasse, j'ai analysé lestendances de longueur des cornes au cours des 30 dernières années. Les ongulés venaientdavantage de nuit aux points d'eau, et étaient plus vigilants dans les zones de chasse quedans le parc national. L'amplitude de ces ajustements en revanche, était limitée par lebesoin en eau, et par le risque de prédation naturelle. La longueur des cornes a décliné, plusparticulièrement pour les espèces prisées des chasseurs et subissant une pression de chasseélevée. Il n'y avait pas de différence significative de la proportion de mâles adultes, ou dela taille de groupe, entre les populations du parc national et des zones de chasse. Au coursdes 30 dernières années, les densités de population ont globalement davantage diminuédans le parc national que dans les zones de chasse. Ceci suggère que la chasse aux trophéesn'a eu qu'un effet minime sur les densités de population par rapport à d'autres facteurscomme les précipitations, ou possiblement la prédation naturelle et l'éléphant. Malgré lesajustements comportementaux, le déclin de la longueur des cornes, et le prélèvement biaiséen faveur des mâles adultes, les densités d'ongulés étaient aussi élevées dans les zones dechasse que dans le Parc National de Hwange. Cette étude illustre comment les zones dechasse aux trophées, lorsque rigoureusement gérées, peuvent jouer un rôle dans laconservation des ongulés africains.

En Afrique de l'Ouest, les sols de savanes humides se caractérisent par des concentrations extrêmement basses de matières organiques, d'azote minéral, de phosphore et de cations basiques, ce qui limite la production primaire. Ce travail a analysé comment des changements particuliers dans les utilisations des terres peuvent influencer le fonctionnement et la fertilité des sols, pour in fine soutenir la production des agroécosystèmes dans cette zone de savane. Six différents types d'utilisation des terres sur 9 parcelles expérimentales répartis à l’échelle du paysage du centre-sud de la Côte d’Ivoire ont été comparé : (i) le brûlis comme pratique traditionnelle ; (ii) la fertilisation chimique comme pratique conventionnelle ; et le mulching comme pratique innovante, testé (iii) sans insertion de légumineuses ou (iv et v) avec insertion de haricot ou soja dans des cycles de rotations culturales ; (vi) le sol nu était considéré comme une situation de référence (le témoin). Le sol a été prélevé dans 54 sous-parcelles, avant et 3 fois après la mise en place des traitements. Sept activités enzymatiques (activités dénitrifiante, nitrifiante, β glucosidase, N-acétyl-β-D-glucosaminidase, phosphatase acide et alcaline, déshydrogénase) du sol, les principales variables du sol (humidité, carbone organique, azote total, pH et Phosphore assimilable), l'abondance et la diversité des communautés microbiennes impliquées dans le cycle de l’azote (bactéries et archées oxydatrices de l’ammonium ; les genres Nitrobacter et Nitrospira qui jouent un rôle clé dans la production de nitrate ; les bactéries réductrices du nitrite porteuses des gènes nirS ou nirK ; et les bactéries réductrices du N2O porteuses de gènes nosZI ou nosZII). Les résultats ont montré que (i) le C. org, le K, le Mg et les activités enzymatiques du sol ont diminué avec la profondeur du sol, indiquant un faible taux d’accumulation des nutriments dans les profondeurs les plus importantes du sol. Par ailleurs, les durées de jachère (0 à 10 ans) n’ont pas significativement affecté la majorité des propriétés du sol, à l'exception de l’Ntot et du K du sol qui étaient élevés dans les vieilles jachères. De plus, le C. org a diminué en fonction de la durée de la jachère tandis que le Mg a suivi une tendance inverse ; (ii) le type d'utilisation des terres a affecté fortement la plupart des activités enzymatiques du sol et les communautés microbiennes impliquées dans le cycle de l’azote; (iii) les pratiques de mulching pourraient avoir un impact positif sur les caractéristiques du sol et les communautés microbiennes, avec pour conséquence le renforcement du maintien de la fertilité des sols et la durabilité de la production agricole à long terme. D’après les résultats obtenus, la pratique de paillage, possiblement avec insertion de légumineuses, pourrait être moins onéreuse et plus adaptée pour augmenter progressivement et de façon durable la disponibilité en azote dans ces agroécosystèmes / In West Africa, humid savanna soils are characterized by extremely low concentrations of organic matter, mineral nitrogen, phosphorus and basic cations, which limit primary production. We analyzed how particular changes in land-uses can influence the functioning and fertility of soils, to support the production of agroecosystems in this savanna zone. We compared six land-use types at 9 experimental plots across a landscape: traditional slash-and-burn; conventional chemical fertilization; and innovative use of mulching (tested with or without inserting legumes in the crop rotation). Bare soil was also considered as a reference situation. Soil was sampled on the 54 sub-plots, before and 3 times after treatment inception. We surveyed seven soil enzyme activities (denitrification, nitrification, β glucosidase, N-acetyl-β-D-glucosaminidase, acid and alkaline phosphatase, dehydrogenase), key soil variables (moisture, organic C, mineral and total N, pH, and available P) and the abundances and diversity of microbial communities involved in the N cycle (bacterial and archaeal ammonia oxidizers; Nitrobacter; Nitrospira; and nirS-, nirK- and nosZ-like denitrifiers). Our results showed that (i) C. org, K, Mg and soil enzymes activities decreased with soil depth, reflecting a low rate of nutrient accumulation in soil depth. In contrast, fallow periods (0 to 10 years) did not significantly affect the majority of soil properties, excepted soil Ntot and K, which were high in old fallows. In addition, C. org decreased as a function of the fallow period, but Mg follow-up an inverse trend; (ii) the land use type strongly affects most soil enzymatic activities and the microbial communities involved in nutrient cycling; (iii) innovative mulching practices have a positive impact on soil characteristics and microbial communities, thereby maintaining the maintenance of soil fertility and the sustainability of agricultural production in the long term. According to our results, the practice of mulching, possibly with the insertion of legumes, could be less expensive and more appropriate to progressively and sustainably increase nitrogen availability in these agro-ecosystems

La chasse aux trophées peut contraindre les ongulés à ajuster leur comportement pourréduire le risque de mortalité. De plus, comme cette chasse est basée sur des critères detaille, et biaisée en faveur des mâles, elle peut causer des changements morphologiquesvers des individus plus petits, et altérer la structure et la dynamique des populations. Lachasse aux trophées est l’un des modes de conservation des habitats naturels. Son potentielde conservation est encore incertain parce qu’il y a peu d’études en dehors des parcsnationaux, notamment en Afrique. Cette thèse examine les effets de cette chasse sur lesongulés africains, i.e. sur leur comportement, la longueur des cornes, la proportion de mâlesadultes, la taille de groupe, et la densité des populations. J’ai travaillé à partird’observations comportementales et de données populationnelles de suivis à long terme.Pour plusieurs espèces (surtout l’impala Aepyceros melampus, le grand koudouTragelaphus strepsiceros, et l’hippotrague noir Hippotragus niger), j’ai comparé lecomportement, la structure et la densité des populations entre le Parc National de Hwangeet les zones de chasse adjacentes, Zimbabwe. Dans les zones de chasse, j’ai analysé lestendances de longueur des cornes au cours des 30 dernières années. Les ongulés venaientdavantage de nuit aux points d’eau, et étaient plus vigilants dans les zones de chasse quedans le parc national. L’amplitude de ces ajustements en revanche, était limitée par lebesoin en eau, et par le risque de prédation naturelle. La longueur des cornes a décliné, plusparticulièrement pour les espèces prisées des chasseurs et subissant une pression de chasseélevée. Il n’y avait pas de différence significative de la proportion de mâles adultes, ou dela taille de groupe, entre les populations du parc national et des zones de chasse. Au coursdes 30 dernières années, les densités de population ont globalement davantage diminuédans le parc national que dans les zones de chasse. Ceci suggère que la chasse aux trophéesn’a eu qu’un effet minime sur les densités de population par rapport à d’autres facteurscomme les précipitations, ou possiblement la prédation naturelle et l’éléphant. Malgré lesajustements comportementaux, le déclin de la longueur des cornes, et le prélèvement biaiséen faveur des mâles adultes, les densités d’ongulés étaient aussi élevées dans les zones dechasse que dans le Parc National de Hwange. Cette étude illustre comment les zones dechasse aux trophées, lorsque rigoureusement gérées, peuvent jouer un rôle dans laconservation des ongulés africains. / Like predation, trophy hunting may constrain ungulates to adjust their behaviour todecrease mortality risk. Moreover, because this removal is size selective and male-biased, itmay induce morphological changes towards individuals with smaller traits, alter populationstructure and dynamics. Trophy hunting is one of the conservation modes of naturalhabitats, particularly in Africa. However, its conservation potential is still unclear becausethere are few studies outside National Parks. This thesis aimed to investigate the subtleeffects of trophy hunting on African ungulates, i.e. on their behaviour, horn length ofharvested males, proportion of adult males, group size, and population densities. I workedfrom behavioural observations, and from population data of long-term surveys. For severalspecies (mainly impala Aepyceros melampus, greater kudu Tragelaphus strepsiceros, andsable antelope Hippotragus niger), I compared behaviour, population structure, anddensities between Hwange National Park and adjacent hunting areas, Zimbabwe. In huntingareas, I analysed trends in horn length of harvested males over the past 30 years. This thesisshows that ungulates drank more often at night, and were more vigilant in hunting areasthan in the national park. However, the amplitude of these adjustments was constrained bythe need of surface water, and by natural predation risk. Trophy hunting caused a decline inhorn length, particularly for species that experienced high hunting pressure and were ofhigh value for hunters. Trophy hunting tended to decrease proportion of adult males,though not significantly, and did not affect group size. Moreover, during the last 30 years,ungulate densities generally declined more in the national park than in neighbouringhunting areas. This suggests that trophy hunting played a minor role on densities comparedto other factors, i.e. rainfall, and possibly natural predation and elephant densities. Despitebehavioural adjustments induced by hunting risk, decline of horn length, and harvestskewed towards adult males, ungulate densities in hunting areas adjacent to HwangeNational Park remained comparable to densities within the national park. This studyillustrates how trophy hunting areas, when rigorously managed, may play a significant rolein the conservation of ungulates in Africa.

This thesis takes its place in a context where information on the biophysical state of forest ecosystems at spatial scales only remote sensing can retrieve is in demand more than ever. In order to provide reliable information using validated approaches, the remote sensing research community recognises the need for new and innovative methods, especially in heterogeneous environments like savannas. The recent emergence of terrestrial LiDAR scanners (TLS) and the increase in the computational capability of computers which allow running ray tracing model simulations with a high level of realism hold great potential to improve our understanding of the processes influencing the radiance measured by satellite sensors. This thesis makes use of these two cutting edge technologies for estimating the spatial distribution of tree leaf area, a key element of modeling radiative transfer processes. The first part of the thesis concerns the development of methods for estimating tridimensional leaf area distribution in a savanna environment from TLS measurements. The methods presented address certain issues related to TLs measures affecting the application of classical theories (the probability of light transmission and the contact frequency) to the estimation of leaf area through indirect means. These issues pertain to the cross-section of laser pulses emitted by a TLS and the occlusion effects caused by the interception of laser pulses by material inside the crown. The developed methods also exploit additional information provided by the active nature of the TLS sensor that is not available to passive sensors like hemispherical photography, i.e. the intensity of a pulse return offers the possibility to distinguish between energy interception by wood and foliage. A simplified approach of this method is presented to promote its use by other research groups. This approach consists of a series of parameterisations and represents a significant gain in terms of the required resources to produce the leaf area, estimates. The second part of the thesis explores the combination of the tree representations generated in the first part with a ray tracing model to simulate the interactions of light with tree crowns. This approach is highly innovative and our study showed its potential to improve our understanding of the factors influencing the radiative environment in a savanna. The methods presented offer a solution to map leaf area at the individual tree scale over large areas from very high spatial resolution imagery.

La crise cotonnière en Centrafrique a amené les exploitations agricoles à adopter des stratégies diverses pour s'y adapter. L'analyse en termes de multifonctionnalité permet de soutenir la thèse suivante, à propos des exploitations agricoles dans la zone des savanes de Centrafrique face à la crise : les exploitations agricoles à stratégies multifonctionnelles ont une meilleure performance économique face à la crise cotonnière. Dans cette thèse, nous essayons de contribuer au courant de recherche visant à mieux comprendre les problématiques de la performance économique et de la contribution des stratégies des exploitations agricoles à la multifonctionnalité de l'agriculture centrafricaine. Le cadre théorique de référence est celui de l'approche de la multifonctionnalité de l'agriculture et de l'analyse globale des exploitations agricoles. Nous avons abordé la question par des enquêtes directes des producteurs, couplées à des entretiens et recherches bibliographiques. Les résultats montrent que les stratégies adoptées permettent aux exploitations de contribuer à la MFA centrafricaine, en assurant les fonctions de productions marchandes, les fonctions environnementales non-marchandes liées aux activités des exploitations, et les fonctions sociales et de maintien de la viabilité en zone rurale. L'analyse de la productivité des facteurs de production révèle les bonnes performances économiques de ces exploitations. Ces résultats amènent à faire des propositions d'opérations de recherche et d'actions publiques à entreprendre en vue d'appuyer et améliorer les stratégies développées par les exploitations agricoles

Les changements globaux, notamment les changements d'usage des terres, modifient profondément le fonctionnement des écosystèmes et la biodiversité et, ont déjà impacté de nombreux services écosystémiques. La disparition de ces écosystèmes souligne la nécessité de préserver les zones intactes, et la restauration des zones détruites ou perturbées peut permettre de venir en appui aux efforts de conservation et minimiser les dommages. Ce travail a pour objet d’étude les campos rupestres, des pelouses néotropicales d’altitude, faisant partie du Cerrado (savane brésilienne), qui recèlent une importante biodiversité et qui, comme bien d'autres écosystèmes de montagne, fournissent de précieux services écosystémiques tels que la filtration de l’eau. Ils ont été, et sont encore, grandement affectés par les activités humaines (les travaux de génie civil, les carrières ou les mines). Le premier objectif de cette thèse était de décrire l'écosystème de référence, afin de définir clairement un objectif de restauration et mesurer les progrès et le succès de la restauration. Nous avons montré que les campos rupestres sont composés d'au moins deux communautés végétales distinctes (une avec un substrat caillouteux et l’autre avec un substrat sableux), chacune ayant une composition en espèces et une structure particulières ainsi qu’une grande biodiversité. La phénologie reproductive varie au sein des communautés herbacées: la majorité des espèces fleurissent et fructifient pendant la saison des pluies, d'autres se reproduisent en revanche durant la saison sèche. Tout au long de nos 2 années de suivis phénologiques, certaines espèces dominantes, notamment des Poaceae, n'ont pas été observées en fleur impliquant une dispersion limitée de ces espèces vers les zones dégradées. Les communautés végétales de campos rupestres ne sont pas résilientes aux fortes perturbations: plusieurs années après, presque aucune des espèces cibles n’ont été trouvées en zones dégradées, les sols ont complètement été modifiés et les banques de graines ne se sont recomposées qu’avec des espèces rudérales non désirées. Selon le modèle des filtres, une communauté résulte d’un pool régional d’espèce sélectionné par un ensemble de filtres : de dispersion, abiotique et biotique. Les interventions de restauration mises en place avaient pour but d’agir sur ces différents filtres afin de diriger la dynamique des communautés végétales. Nous avons mis en place trois protocoles de restauration in-situ (le transfert de foin, la translocation d’espèce et la translocation de plaque de végétation) pour restaurer les deux types de communautés de campos rupestres identifiées. Le transfert de foin n’a pas permis la restauration des communautés végétales de campos rupestres en raison de l’importante altération des sols et, surtout, à cause de la mauvaise qualité des graines. En effet, nos études de germination ont montré que, alors que certaines espèces de Xyridaceae et Velloziaceae germent très bien, certaines espèces dominantes de Poaceae, de Cyperaceae ou d’Asteraceae ont des graines soit vides, soit non viables, soit dormantes ; le semis se révèle alors peu efficace. Nous n’avons pas mis en évidence d’effet positif du feu sur la germination des espèces de campos rupestres. La translocation d'espèces s’avère un succès pour une seule espèce, Paspalum erianthum. Pour les autres, les dommages causés au niveau des racines lors de la translocation limitent probablement leur survie. Enfin la translocation de plaques de végétation s’avère être la méthode la plus efficace permettant à de nombreuses espèces d’être réintroduites en zones dégradées. En raison de la faible résilience des campos rupestres dans lesquels les plaques de végétation ont été prélevées, cette méthode ne peut être envisagée que pour sauver des habitats dans le cas extrême où leur destruction est inévitable. Face à la difficulté de restaurer les campos rupestres, leur protection et leur conservation doit être une priorité / Global environmental changes, especially land-use changes, have profound effects on both ecosystem functioning and biodiversity, having already altered many ecosystem services. These losses emphasize the need to preserve what remains; however when conservation programs are not sufficient, restoring areas that have been destroyed or disturbed can improve conservation efforts and mitigate damages. This work focuses on campos rupestres, Neotropical grasslands found at altitudes, which are part of the Cerrado (Brazilian savannas). They host a great biodiversity with a high level of endemism and, like other mountain ecosystems, provide valuable ecosystem services, such as water purification and recreational services. They have been and still are being impacted by human activities, such as civil engineering construction, quarrying or mining. The first objective of this thesis was to describe the reference ecosystem in order to aim for a clear restoration target and to monitor progress and success. We show that campos rupestres are composed of at least two distinct plant communities (i.e. sandy and stony grasslands), each having a specific composition and structure, hosting a great biodiversity. Several phenological patterns occur among the herbaceous communities: the majority of species flowers and fruits appear during the rainy season but other patterns can be observed. During our 2-year survey, some dominant species belonging to Poaceae, among others, were not observed reproducing, which implies limited chances to disperse on degraded areas. Campo rupestre vegetation is not resilient following a strong disturbance: several years after the disturbance, almost no native species are encountered on the degraded areas, soils are completely altered and seed bank recomposes only with non-target ruderal species. According to the filter model, a local community is a subset of the regional species pool determined by a set of dispersal, abiotic and biotic filters. Acting on the different filters to influence the plant community was the core of our restoration interventions. We then applied three in-situ restoration protocols (hay transfer, species translocation and turf translocation) to restore both kinds of grassland. Hay transfer does not allow the restoration of campo rupestre vegetation because of soil alteration and mainly because of poor seed quality. Indeed, germination studies show that, while some Xyridaceae and Velloziaceae have a high germinability, some dominant Poaceae, Cyperaceae or Asteraceae species have embryoless, unviable or dormant seeds, which makes seeding less efficient. There is no evidence that fire-related cues enhance germination in campos rupestres. Species translocation is successful for only one species, Paspalum erianthum; for the others, root damages probably impede survival. Finally, turf translocation is the most successful method, since numerous species are re-introduced on degraded areas. However due to the low resilience of pristine campos rupestres where turfs are taken from, turf translocation can only be considered in the case of habitat rescue, in circumstances when complete habitat destruction is otherwise unavoidable. Face to the difficulty to restore these peculiar grasslands, the protection and the conservation of campos rupestres must be made a high priority

L'équilibre arbre-herbe dans la savane tropicale est reconnu comme l'une des principales<p>énigmes de l'écologie des plantes. Les origines du difficile équilibre entre ces formes de vie<p>sur des dizaines de millions de kilomètres carrés à l'échelle mondiale sont en partie attribuées<p>aux perturbations fréquentes induites par les feux de végétation dont les effets varient dans<p>l'espace et dans le temps selon les conditions environnementales. Les résultats de recherche<p>dépendent de l’échelle et les conclusions tirées d’études locales sont rarement transposables à<p>d’autres échelles. La question du transfert d'échelle s’avère donc cruciale dans l'étude des<p>effets du feu, et nécessite une approche transdisciplinaire.<p>En raison de la variété des échelles couvertes, cette étude constitue une première dans la<p>confrontation de données sur l’historique des feux dérivé de l'imagerie satellitaire à des<p>données de terrain incluant des mesures détaillées sur la structure et la composition de<p>végétation, ainsi que des propriétés édaphiques et topographiques. Elle s’est focalisée sur la<p>composante ligneuse de par son caractère pérenne et son influence sur les processus<p>écologiques majeurs. Sur une zone de plus de 2000 km², le Parc National du W du Niger<p>(PNWN), où le feu est utilisé comme outil pour la gestion et la conservation des écosystèmes<p>semi-arides, une carte de l'historique des feux a été élaborée à partir d'images MODIS de 250<p>m de résolution spatiale et de résolution temporelle journalière couvrant une période de sept<p>années (2002-2009). Pour comprendre la variabilité, à la fois dans l'espace et le temps, de la<p>propagation du feu dans la végétation, nous avons étudié les caractéristiques de distribution<p>des feux en termes de régime du feu (i.e. période d'occurrence et fréquence) et de structure<p>spatiale (métriques paysagères). Les relations causales plausibles entre les régimes du feu, les<p>conditions édaphiques et topographiques à l'échelle régionale comme locale, et les<p>caractéristiques de la végétation ligneuse (composition et structure) ont été examinées à<p>travers des analyses multivariées et des modèles d'équations structurales. Nous avons aussi<p>examiné plus en détails les stratégies adaptatives mises en oeuvre par les ligneux, et les<p>interactions biologiques qui sous-tendent l'organisation spatiale des ligneux à travers une<p>approche des processus ponctuels.<p>Les résultats montrent que l'activité du feu dans le PNWN se caractérise par une hétérogénéité<p>spatio-temporelle induite principalement par les conditions édapho-topographiques via la<p>structure de la végétation ligneuse. Les feux précoces de gestion créent des pare-feux<p>efficaces, limitant une large extension des feux de saison tardifs. Cependant, ces feux tardifs<p>pourraient ne pas être aussi destructifs comme qu’on le suppose généralement. En effet,<p>l'adaptation des espèces aux différents régimes defeu correspond à des stratégies de croissance<p>contrastées. Dans le cas des feux tardifs, les surfaces terrières et hauteurs moyennes les plus<p>fortes sont rencontrées, permettant aux arbres de résister au feu. Quant aux zones non<p>affectées par les feux l'analyse "patron-processus" désigne clairement la facilitation entre<p>ligneux comme un processus fondamental de l'organisation spatiale périodique du couvert, une<p>structure émergente qui empêche le passage du feu. Bien qu’ils ne se substituent pas aux<p>études expérimentales, ces résultats basés sur une expérimentation naturelle à large échelle<p>apportent des informations nouvelles précieuses tant au niveau fondamental que pour la mise<p>en place d'une gestion raisonnée du PNWN.<p><p><p>The tree-grass equilibrium in tropical savanna is recognized as one of plant ecology's main<p>conundrums. The origins of the difficult balance between these life forms over tens of millions<p>of square kilometers worldwide are in part attributed to the frequent disturbances caused by<p>vegetation fires effects of which vary in space and time depending on local environmental<p>factors. Research results are scale-dependent and findings from local studies are rarely<p>transposable to higher levels of ecosystem organization. The question of scaling (scale<p>transfer) is therefore crucial in the study of fire effects, and requires a multidisciplinary<p>approach.<p>Because of the variety of scales covered, this study is a premiere in the confrontation of<p>satellite-imagery derived fire history data with detailed field data including measurements of<p>vegetation parameters (structure and composition), as well as soil and topographic properties.<p>The study focuses on the woody component, because of its perennial character and its<p>influence on major ecological processes. On an area of more than 2000 km², the W National<p>Park of Niger (WNPN) where fire is used as a tool for the management and conservation of<p>semi-arid ecosystems, a fire history map was elaborated from MODIS images with a 250 m<p>spatial resolution and a daily temporal resolution over a period of seven years (2002-2009). To<p>understand the variability, both in space and time, of fire propagation in vegetation, we studied<p>the fire distribution characteristics in terms of fire regime (i.e. timing and frequency) and<p>spatial structure (landscape metrics). Plausible causal relationships at regional and local scales<p>between fire regimes, edaphic and topographic conditions, and the woody vegetation<p>(composition and structure) characteristics were examined through multivariate analyses and<p>structural equations models. We also examined in detail the woody species adaptive strategies<p>as well biological interactions, which underlie their spatial organization, using point statistics.<p>Results show that the WNPN fire's activity is characterized by spatial and temporal<p>heterogeneity induced mainly by edaphic and topographic conditions via the structure of the<p>ligneous component. Prescribed early season fires create effective firewalls, limiting wide late<p>season fires. However, these late fires might not be as destructive as is commonly assumed.<p>Indeed, species adaptation to different fire regimes corresponds to contrasting growth<p>strategies. In the case of late fires, increased basal areas and mean tree heights were<p>encountered, enabling trees to resist fire and escape flames. As for the unburned areas, the<p>"pattern-process" analysis clearly indicates that facilitation between shrubs is a fundamental<p>process determining the woody cover periodic spatial organization, an emergent structure that<p>prevents fire spread.<p>Although they do not replace experimental studies, these results based on a large-scale natural<p>experiment provide valuable new information both on a fundamental level and for setting up<p>the rational management of the WNPN. / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished