L’intérêt pour le sujet prend comme point de départ la médiatisation internationale du concept de « servicesécosystémiques », par le rapport onusien du Millenium Ecosystems Assessment, paru en 2005. Cette étude postule quel'homme dépend du bon état des écosystèmes, au travers des services qu'il en retire pour la satisfaction de son bien-être etde ses besoins élémentaires. Concomitamment, la directive européenne du 21 avril 2004 sur la responsabilitéenvironnementale intègre les services écologiques au champ des éléments de l’environnement, réparables en cas dedommages accidentels. Sa transposition par la loi du 1er avril 2008 introduit les services écologiques au droit français,alors définis comme les fonctions assurées par les sols, les eaux, et les espèces et les habitats protégés au bénéfice d’uneressource naturelle ou au bénéfice du public. Si le concept est a priori inédit pour le droit interne, on observe pourtantque les services se coulent dans une approche fonctionnelle de la nature, qui elle, ne lui est pas inconnue. Des législationssectorielles, applicables à certains systèmes écologiques exploités ou protégés, se sont déjà dotées de principes et d'outilsvisant à organiser la multifonctionnalité, le multi-usage, voire le multi-services. Mais alors que les services écologiquesse diffusent insidieusement, et sont en voie d'intégrer le rang des principes généraux, ce sont les concepts, lesinstruments, et les valeurs véhiculées par le droit qui se trouvent réinterrogés. A travers le prisme des services, nousassistons aujourd'hui à une mutation, à la fois douce et profonde, vers un droit des systèmes complexes. / The interest for the subject starts with the international media coverage of the "ecosystem services" concept, as stated inthe 2005, United Nations report, Millenium Ecosystems Assessment. This study postulates that human beings depend onhealthy ecosystems, through services they receive to benefit their well-being and basic needs. Concomitantly, on April21, 2004, the European directive on environmental liability, integrated ecological services in the field of repairable itemsof environment, in the case of accidental damages. The implementation, by the April 1st, 2008, law, introducedecological services in the French law, defined as functions performed by protected species and natural habitats, land andwater for the benefit of another natural resource or the public. If the concept is, a priori, unique for domestic law, theservices fit into a functional approach of nature, which conversely, is not unknown to it. Sectoral legislations, applicableto certain exploited or protected ecological systems, are already equipped with principles and tools to organize themultifunctional, the multi-usage or the multi-services. While ecological services are spreading insidiously, and are on theverge of integrating general principles, these concepts, instruments, and values conveyed by the law are being questionedonce again. Through the prism of services, we witness today the soft and profound change towards a law of complexsystems.

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.

Les fonctions écologiques des milieux humides permettent de fournir des biens et services écologiques utiles à la société, dont plusieurs sont critiques à notre survie. Par contre, ces milieux humides subissent souvent de nombreuses perturbations anthropiques modifiant leur capacité à fournir ces biens et services écologiques. Incidemment, leurs fonctions écologiques sont dégradées. Elles représentent l’élément clef dans la démarche proposée pour évaluer l’état des milieux humides. Le projet a débuté par l’analyse des sites d’étude au Québec, soient les bassins versants des rivières Yamaska et Bécancour. Par la suite, les fonctions écologiques ont été sélectionnées (support d’habitats fauniques, régulation des débits de crues et rétention des sédiments) et caractérisées pour leur associer des indicateurs spatiaux mesurant leurs caractéristiques selon le développement durable. Une approche multiéchelle a été intégrée pour diviser le territoire lors de la cartographie des indicateurs spatiaux afin de poser un diagnostic (sous-bassin : niveau stratégique) et cibler l’intervention (microbassin : niveau tactique). L’approche multitemporelle a permis, ensuite, de cartographier ces indicateurs pour différents horizons temporels : la situation historique de 1984, l’état actuel de 2011 et deux scénarios de simulation en 2050, soient une vision pessimiste et optimiste quant à la gestion des milieux humides. Ces analyses spatiales ont été combinées pour proposer un outil d’aide à la décision permettant de cibler des secteurs problématiques. En considérant les trois fonctions écologiques, une tendance générale est constatée pour chaque bassin versant. C’est à l’ouest de la rivière Yamaska, près de Saint-Hyacinthe, et dans la portion est de la rivière Bécancour, autour de Thetford Mines, que les fonctions écologiques procurées par les milieux humides sont en déficit. De plus, les fonctions du support d’habitats fauniques et de régulation des débits de crues comportent le plus grand nombre de secteurs problématiques pour les bassins versants des rivières Yamaska et Bécancour, respectivement. Le développement d’indicateurs spatiaux selon des approches multiéchelle et multitemporelle a permis de proposer une solution innovante pour la gestion des bassins versants en tenant compte des fonctions écologiques procurées par les milieux humides. De plus, l’intégration de l’aspect de durabilité est un avantage considérable dans l’élaboration d’un outil d’aide à la décision pour les intervenants.

Le concept de services écosystémiques est de plus en plus utilisé par différentes disciplines scientifiques et pris en compte dans les sphères politiques pour attirer l'attention sur les bénéfices que l'Homme reçoit des écosystèmes. Ce concept mène à étudier les liens complexes entre l'homme et son environnement. Cependant, la majorité des recherches actuelles restent théorique et peu de cas d'étude mettent à l'épreuve ce concept dans une démarche transdisciplinaire. Cette thèse à donc pour objectif principal de combler ce manque en explorant et analysant les dynamiques et processus des services écosystémiques en terme d'offre et de demande, y compris les effets de rétroactions, par une approche socio-écologique dans un contexte de changement planétaire. A cette fin, une étude transdisciplinaire a été conduite sur les prairies subalpines de la commune de Villar d'Arène (Hautes-Alpes) où l'élevage ovin et bovin domine. Des techniques de modélisations statistiques et de systèmes d'informations géographiques ont été combinées pour analyser la fourniture potentielle de services écosystémiques, conduisant à une cartographie de ceux-ci à l'échelle du paysage. La demande en services écosystémiques à quant à elle été étudiée par l'intermédiaire d'entretiens individuels et de groupes avec les acteurs locaux ainsi que des jeux de rôle avec les éleveurs de la commune. La co-construction de scénarios prospectifs avec les acteurs locaux ont permis d'étudier l'évolution de l'offre et la demande en services à un horizon 2030.

Le concept de services écosystémiques est de plus en plus utilisé par différentes disciplines scientifiques et pris en compte dans les sphères politiques pour attirer l'attention sur les bénéfices que l'Homme reçoit des écosystèmes. Ce concept mène à étudier les liens complexes entre l'homme et son environnement. Cependant, la majorité des recherches actuelles restent théorique et peu de cas d'étude mettent à l'épreuve ce concept dans une démarche transdisciplinaire. Cette thèse à donc pour objectif principal de combler ce manque en explorant et analysant les dynamiques et processus des services écosystémiques en terme d'offre et de demande, y compris les effets de rétroactions, par une approche socio-écologique dans un contexte de changement planétaire. A cette fin, une étude transdisciplinaire a été conduite sur les prairies subalpines de la commune de Villar d'Arène (Hautes-Alpes) où l'élevage ovin et bovin domine. Des techniques de modélisations statistiques et de systèmes d'informations géographiques ont été combinées pour analyser la fourniture potentielle de services écosystémiques, conduisant à une cartographie de ceux-ci à l'échelle du paysage. La demande en services écosystémiques à quant à elle été étudiée par l'intermédiaire d'entretiens individuels et de groupes avec les acteurs locaux ainsi que des jeux de rôle avec les éleveurs de la commune. La co-construction de scénarios prospectifs avec les acteurs locaux ont permis d'étudier l'évolution de l'offre et la demande en services à un horizon 2030. / The ecosystem service (ES) concept is increasingly used in different scientific disciplines and is spreading into policy and business circles to draw attention to the benefits that people receive from biodiversity and ecosystems. Nevertheless, while the number of case studies considering various dimensions of the interactions between ecosystems and land use via ES has been steadily increasing, integrated research addressing interrelationships between biodiversity, ES and land use has remained mostly theoretical. This thesis aims through a socio-ecological approach to understand: (1) Which ES are potentially delivered given ecological dynamics, (2) how these ES are perceived by stakeholders in terms of value and knowledge, (3) how human management affects ES delivery, and (4) how ES are taken into account in land management decisions, thereby considering feedbacks from ecosystem to the land use system through ES. To address these questions, an interdisciplinary study was conducted on Villar d'Arène (French Alps) a municipality where the subalpine landscape is shaped by extensive mountain livestock farming. Statistical modelling and geographical information systems where combined to analyse the determinants of the spatial distribution of biodiversity and ES within the landscape using ecological (including plant functional traits), biophysical and land-use data. The following ES were mapped: agronomic value, aesthetic value, water quality, carbon storage, soil fertility, soil moisture, conservation of plant diversity and pollination. These allowed us to quantify trade-offs and synergies in the current landscape and to identify key management types supporting multifunctionality. The dynamics of ES was projected under four different scenarios integrating climatic, socio-economic and land-use changes, which were developed using a participative approach with regional experts and local farmers. Analyses of projected scenario impacts showed that ES synergies and trade-offs evolve differently when considering direct effects of climate on ecosystems, and/or their indirect effects through farmers adaptive responses. Interviews with local stakeholders (experts from nature conservation and agricultural extension, farmers and inhabitants) of mountain grasslands showed that the ES concept is still relatively unknown in explicit terms. Nevertheless after defining ES to interviewees, they expressed a variety of relevant interests and knowledge. Although all stakeholders valued a common set of ecosystem services (agronomic value, aesthetic value, water quality, and conservation of plant diversity), we identified negative and positive representations of the effects of grassland management on ecosystem services, depending on stakeholders perceptions of the relationships between soil fertility and biodiversity, and biodiversity and the other services. Finally, a role-playing game explored how ES cognition mediated environmental feedbacks on farmers' behaviours. Results emphasized the influence of other factors such as socio-economic or climatic context, topographic constraints, social value of farming or farmer individual and household characteristics, on the link between ES and land-management decisions. This case study demonstrates the interest of an integrated approach decomposing the feedback loop from ecosystems to land use when studying ES for scientific or policy purposes.

Les objectifs de développement de systèmes de culture durables imposent aux acteurs du développement rural une conception (ou reconception) et une évaluation de ces systèmes. Le prototypage peut être une méthodologie efficace de conception. Cependant, cette méthode conduit souvent les chercheurs à être seuls concepteurs alors que parallèlement l'appropriation des innovations dépend fortement de l'implication des autres acteurs dans les différentes étapes de conception et d'évaluation des nouveaux systèmes. En réponse, des approches participatives sont de plus en plus fréquentes pour pallier à cette difficulté d'appropriation tandis qu'une évaluation multicritère apporte une réponse aux objectifs d'évaluation de la durabilité des systèmes. La méthode développée dans cette thèse -nommée DISCS pour 're-Design and assessment of Innovative Sustainable Cropping Systems' - met en œuvre un processus de reconception des systèmes de culture par une approche participative tout en développant des outils d'évaluation multicritère spécifiques à chaque catégorie d'acteurs impliqués. La méthode DISCS s'inscrit tout de même dans la lignée de la méthodologie du prototypage mais se différencie par une démarche itérative à trois échelles d'étude (parcelle expérimentale, exploitation agricole et territoire) afin de s'assurer que les innovations et les critères d'évaluation répondent bien aux attentes des acteurs. A chaque étape du processus de reconception une évaluation est réalisée à l'aide d'un jeu d'indicateurs et ce aux trois échelles d'étude. DISCS a été testée sur le système de culture agrumicole en Guadeloupe (Antilles Françaises) dans un but de réduire l'utilisation des pesticides. Cinq prototypes de gestion de l'enherbement ont été conçus collectivement puis testés sur une station expérimentale selon les principes d'une approche systémique et évalués à l'aide d'indicateurs. Nous montrons dans ce travail que des systèmes de culture innovants peuvent être les produits d'une co-conception entre les producteurs et les chercheurs. DISCS permet aussi de définir explicitement le rôle de tous les différents acteurs impliqués dans le processus de reconception du système de culture. DISCS est particulièrement adaptée à la reconception des systèmes de culture pérenne notamment grâce à son processus d'amélioration pas à pas et itératif. Les outils d'évaluation multicritère développés, et notamment les indicateurs, permettent quant à eux de fournir des outils d'aide à la décision directement utilisables par les acteurs assurant ainsi un lien étroit entre la recherche et le développement. Dans cette thèse, nous présentons les premières étapes de reconception du système agrumicole guadeloupéen basée sur la méthode DISCS, à savoir du diagnostic initial pour identifier les objectifs d'amélioration du système en collaboration avec les acteurs, jusqu'à l'évaluation multicritère des prototypes de gestion de l'enherbement basée sur un jeu d'indicateurs approprié. Notre travail nous permet aujourd'hui de recommander des techniques de gestion de l'enherbement en jeunes vergers d'agrumes répondant aux contraintes actuelles de développement de systèmes de culture durable.

Cette thèse avait pour objectif principal d'approfondir nos connaissances sur l'écologie des différents types de milieux humides lacustres afin d'optimiser leur conservation. Pour ce faire, j’ai étudié la résilience, les fonctions et les services écologiques (FSE), ainsi que la biodiversité de trois types de milieux humides lacustres. Ces milieux humides sont riverains au lac Papineau, qui est situé dans la réserve naturelle de Kenauk Nature, entre les Laurentides et l’Outaouais. Cette thèse combine des approches globales, multifonctionnelles et ciblées, axées sur la conservation des milieux humides et de leur biodiversité. Dans mon premier chapitre, j'ai d’abord identifié les déterminants écologiques de la typologie des trois types de milieux humides étudiés : des tourbières, des aulnaies (marécages arbustifs) et des frênaies (marécages arborescents). À l’aide de données récoltées sur le terrain et de données cartographiques, j'ai quantifié 12 prédicteurs hydrogéomorphologiques (HGM) et j'ai pu identifier la pente et l'élévation comme étant les déterminants écologiques les plus importants. Mes résultats ont également apporté des nuances supplémentaires quant aux variables associées à chaque type de milieu humide. En utilisant ces 12 prédicteurs HGM, j'ai créé un modèle de forêts d’arbres décisionnels capable de prédire à la fois la présence des milieux humides lacustres et leur typologie. Ce modèle a permis de prédire avec une précision de 89 % la typologie des sites étudiés, ce qui en fait un outil intéressant pour étudier la répartition des milieux humides riverains à d'autres lacs. J'ai également utilisé ce modèle pour simuler différents scénarios de changements du niveau d'eau, mettant en évidence la résilience des tourbières et des aulnaies, ainsi que la vulnérabilité des frênaies, aux changements globaux. Dans mon second chapitre, j'ai quantifié huit FSE à l'aide de 25 indicateurs différents, dont 15 ont été quantifiés à partir de données terrain. J'ai ensuite développé une approche multifonctionnelle permettant d'étudier simultanément toutes les interactions de synergies et de compromis entre les indicateurs de FSE et les trois types de milieux humides. Mes résultats ont montré que chaque type de milieu humide maximise différentes FSE, mais que le choix des indicateurs influence considérablement les patrons de synergies et de compromis. Bien que certains types de milieux humides maximisent les mêmes FSE, ils le font à travers différents mécanismes écologiques. Enfin, la biodiversité floristique et faunique (plantes, oiseaux, poissons, zooplanctons et insectes chanteurs) présentait les patrons d'interaction les plus diversifiés, chaque type de milieu humide maximisant différents aspects de la biodiversité. Dans mon troisième chapitre, j'ai optimisé l'approche des espèces clés (keystone species) pour permettre son utilisation en conservation afin d’identifier les espèces indicatrices de la biodiversité. Pour cela, je me suis basée sur l’approche la plus récente proposée dans la littérature et j'ai identifié les éléments qui limitaient son utilisation pour les praticiens et les praticiennes. J'ai ensuite proposé des modifications pour surmonter ces limites. Ces modifications ont permis : 1) d'élargir l'utilisation de cette approche aux données d'inventaires terrain, 2) d'identifier les espèces ayant un impact négatif sur la biodiversité, et 3) de définir des seuils rigoureux pour identifier les espèces clés au sein d'une communauté. J'ai ensuite testé cette approche sur les communautés de plantes, d'oiseaux et de poissons des milieux humides échantillonnés dans le cadre de cette thèse. Mes résultats ont montré que cette approche permettait d'identifier des espèces possédant effectivement des caractéristiques écologiques expliquant leur importance dans l'augmentation ou la diminution de la biodiversité. Ensemble, les trois approches présentées dans cette thèse offrent une perspective intégratrice de la conservation des milieux humides lacustres. Les méthodes qui y sont proposées représentent des outils intéressants, qui ont le potentiel d’optimiser notre gestion du territoire à court et à long terme, mais aussi à petite et à grande échelle. / The main objective of this thesis was to deepen our understanding of the ecology of different types of lake-edge wetlands to optimize their conservation. To achieve this, I studied the resilience, the ecosystem functions and services (EFS), and the biodiversity of three types of lake-edge wetlands. All studies wetlands were riverine to Lake Papineau, which is located in a Kenauk Nature natural reserve, between the Laurentides and Outaouais regions. This thesis therefore combines a global, a multifunctional, and a targeted approach, all focused on wetland conservation. In my first chapter, I first identified the ecological determinants of the typology of the three types of wetlands studied: peatlands, alder swamps (shrub swamps), and ash swamps (trees swamps). Using both data collected on the field and map data, I quantified 12 hydrogeomorphological (HGM) predictors and identified slope and elevation as the most important ecological determinants. My results also provided additional nuances regarding the variables associated with each wetland type. Using these 12 HGM predictors, I then created a Random Forest model capable of predicting both the presence of lake-edge wetlands and their typology. This model predicted the typology of the studied sites with 89 % accuracy, making it an interesting tool to study the distribution of lake-edge wetlands along the shore of other lakes. I also used this model to simulate different scenarios of water level changes, highlighting the resilience of peatlands and alder swamps, as well as the vulnerability of ash swamps, to global changes. In my second chapter, I quantified eight EFS using 25 different indicators, with 15 indicators quantified using field data. I developed a multifunctional approach to simultaneously study all the synergies and trade-offs between the EFS indicators and the three wetland types. My results showed that each wetland type maximizes different EFS, and that the choice of indicators significantly influences the patterns of synergies and trade-offs. Although some wetland types maximized the same EFS, they do so through different ecological mechanisms. Finally, biodiversity exhibited the most diverse interaction patterns, with each wetland type maximizing different aspects of it. In my third chapter, I optimized the keystone species approach to allow its use in conservation to identify indicator species for biodiversity monitoring. To do so, I relied on the most recent approach proposed in the literature and identified the elements that limited its use for practitioners. I then proposed modifications to overcome these limitations. These modifications allowed 1) to expand the use of this approach to field inventory data, 2) to identify species that have a negative impact on biodiversity, and 3) to define rigorous thresholds to identify keystone species within a community. I then tested this approach on plant, bird, and fish communities in the wetlands sampled in this thesis. My results showed that this approach effectively identified species with ecological characteristics that explained their importance in increasing or decreasing biodiversity. Together, the three approaches presented in this thesis provide an integrative perspective on the conservation of lake-edge wetlands. The methods I propose represent interesting tools that have the potential to optimize land management in the short and long term, as well as at small and large scales.

Le sol est la couche supérieure de l’écorce terrestre, la surface plane qui s’étire d’un horizon à un autre. Il est la terre que l’on laboure, le sable que l’on égraine, base que l’on piétine, point d’attache des hommes à un territoire : jardin, région ou Etat. Les sols, ces écosystèmes fragiles aux multiples fonctions, à l’origine de tout autant de services écologiques, sont les garants de la qualité de l’environnement. Le droit a intégré diverses conceptions de la notion de la qualité des sols. Mais loin de constituer un statut de protection, cette intégration éparse est indifférente, a priori, leurs qualités environnementales. Or, les sols sont une ressource finie et leur utilisation irraisonnée conduit à leur dégradation, souvent irréversible, et à leur raréfaction. Progressivement, le droit s’est enrichi d’éléments relatifs à la multifonctionnalité des sols, intégrant des pratiques garantissant leur utilisation durable ou organisant de façon cohérente leur affectation. Cette approche utilitariste de la qualité des sols s’avère sélective et demeure concentrée sur la préservation des services écologiques directement bénéfiques à l’homme, dont celui de production des matières premières alimentaires, au détriment des services indirects ou déterritorialisés, tel que celui de stockage de carbone. Cette approche est toutefois complétée par l’émergence d’une conception objectiviste de la qualité, qui révèle les propensions du droit à protéger la valeur intrinsèque des sols. / The soil is the upper layer of the earth’s crust, the plan surface that stretches from one horizon to the other. It is the crop lands, the scattering sand, the ground we trample on, the link between men and their territory: garden, region, state. The soils, those fragile and multifunctional ecosystems, provide many ecological services and guarantee the environmental quality. The law contains several conceptions of the notion of soils quality. But, far from constituting a protection status, this integration ignores, a priori, their environmental qualities. However, the soils are a finite resource and their non-sustainable use leads to their degradation, often irreversible, and to their growing scarcity. Progressively, the law added elements of soils multifonctionality, integrating sustainable practices. This utilitarian approach of soil quality proves to be selective and remains focused on the preservation of a small part of all the ecological services: the ones that men directly need, like food production and ignores the indirect ones like carbon storage. Nevertheless, this approach is complemented by the raising of an objectivist conception of quality, which reveals the propensity of the law to take into account the intrinsic value of soils.