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The Thau lagoon is one of the largest Mediterranean coastal lagoons and it supports many uses such as shellfish farming and fishing, priority activities of the territory, and more recently recreational activities. Since the 1960s, the increase in anthropogenic inputs, linked to the sudden growth of the population, led to microbiological contaminations of shellfish and to the eutrophication of the lagoon, with negative impacts at sanitary, ecological and socio-economic levels. Since the 1970s, the considerable work carried out on the waste water system on the watershed has made it possible to restore the lagoon, which then began an oligotrophication trajectory, a process that has still few been studied in coastal environments.Subject to a variety of pressures and disturbances, Thau can be studied as a complex system, within which the ecosystem interacts with society, constituting a socio-ecosystem (SES). The general objective of the thesis is to propose benchmarks able to assess the state and to analyze the trajectory of the Thau SES from 1970 to 2018, in a dynamic and integrated way, based on the approaches and tools proposed by: i) restoration ecology and ii) ecosystem services (ES) approach. From the point of view of the state and functioning of the ecosystem, statistical analyzes of long-term data series on autotrophic compartments have highlighted shifts in the composition of communities, as well as phenomena of resilience or inertia during oligotrophication. By applying the interdisciplinary tool of timelines, we distinguished three contrasting periods in the trajectory of the SES: P1) 1970-1989: degraded state, predominant traditional uses and sectoral management; P2) 1990-2004, transition period: start of improvement in water quality, development of recreational uses and structuring of management; P3) 2005-2018: oligotrophication, diversification of uses and integrated management. Through the dynamic analysis of: i) bundles of ecosystem services (matches or gaps between ES’ potential and consumption); ii) and of forms of ES demands potentially driving change (impacting, unsatisfied, conservation), we identified the main interactions between ecological and social processes and the main determinants of the phases of stability or change in the SES.; La lagune de Thau est l’une des plus grandes lagunes côtières méditerranéennes et le siège de nombreux usages tels que la conchyliculture et la pêche, activités prioritaires du territoire, et plus récemment les activités récréatives. A partir des années 1960, l’augmentation des apports anthropiques, liée à la croissance soudaine de la population, a engendré des contaminations microbiologiques des coquillages en élevage et une dégradation de l’état de la lagune vis-à-vis de l’eutrophisation, lui portant préjudice sur les plans sanitaire, écologique et socio-économique. Depuis les années 1970, les travaux considérables effectués sur les systèmes d’assainissement du bassin-versant ont permis la restauration de la lagune, qui a alors entamé une trajectoire d’oligotrophisation, processus encore peu étudié sur les milieux côtiers.Soumise à une diversité de pressions et de perturbations, Thau peut s’apparenter à un système complexe, au sein duquel l’écosystème se trouve en interaction avec la société, constituant un socio-écosystème (SES). L’objectif général de la thèse est de proposer des référentiels permettant d’évaluer l’état et d’analyser la trajectoire du SES Thau de 1970 à 2018, de façon dynamique et intégrée, en s’appuyant sur les démarches et outils proposés par : i) l’écologie de la restauration et ii) l’approche par les services écosystémiques (SE). Du point de vue de l’état et du fonctionnement de l’écosystème, les analyses statistiques des séries de données à long-terme des compartiments autotrophes ont mis en évidence des ruptures dans la composition des communautés, ainsi que des phénomènes de résilience et d’inertie au cours du processus d’oligotrophisation. En appliquant l’outil interdisciplinaire des frises chronologiques, nous avons distingué trois périodes contrastées dans la trajectoire du SES : P1) 1970-1989 : état dégradé, usages traditionnels majoritaires et gestion sectorielle ; P2) 1990-2004, période de transition : début de l’amélioration de la qualité de l’eau, développement des usages récréatifs et structuration de la gestion ; P3) 2005-2018 : oligotrophisation, diversification des usages et gestion intégrée. Grâce à l’analyse dynamique : i) des bouquets de services écosystémiques (adéquations ou écarts entre potentiel et consommation de SE) ; ii) et des formes de demandes de SE porteuses de changement (impactantes, non satisfaites, de conservation), nous avons identifié les principales interactions entre processus écologiques et sociaux et les principaux déterminants des phases de stabilité ou de basculement du SES.

The Thau lagoon is one of the largest Mediterranean coastal lagoons and it supports many uses such as shellfish farming and fishing, priority activities of the territory, and more recently recreational activities. Since the 1960s, the increase in anthropogenic inputs, linked to the sudden growth of the population, led to microbiological contaminations of shellfish and degraded status of the lagoon, with negative impacts at sanitary, ecological and socio‐economic levels. Since the 1970s, the considerable work carried out on the waste water system on the watershed has made it possible to restore the lagoon, which then began an oligotrophication trajectory, a process that has still few been studied in coastal environments. Subject to a variety of pressures and disturbances, Thau can be studied as a complex system, within which the ecosystem interacts with society, constituting a socio‐ecosystem (SES). The general objective of the thesis is to propose benchmarks able to assess the state and to analyze the trajectory of the Thau SES from 1970 to 2018, in a dynamic and integrated way, based on the approaches and tools proposed by: i) restoration ecology and ii) ecosystem services (ES) approach. From the point of view of the state and functioning of the ecosystem, statistical analyzes of long‐term data series on autotrophic compartments have highlighted shifts in the composition of communities, as well as phenomena of resilience or inertia during oligotrophication. By applying the interdisciplinary tool of timelines, we distinguished three contrasting periods in the trajectory of the SES: P1) 1970‐1989: degraded state, predominant traditional uses and sectoral management; P2) 1990‐2004, transition period: start of improvement in water quality, development of recreational uses and structuring of management; P3) 2005‐2018: oligotrophication, diversification of uses and integrated management. Through the dynamic analysis of: i) bundles of ecosystem services (matches or gaps between ES’ potential and consumption); ii) and of forms of ES demands potentially driving change (impacting, unsatisfied, conservation), we identified the main interactions between ecological and social processes and the main determinants of the phases of stability or change in the SES., La lagune de Thau est l’une des plus grandes lagunes côtières méditerranéennes et le siège de nombreux usages tels que la conchyliculture et la pêche, activités prioritaires du territoire, et plus récemment les activités récréatives. A partir des années 1960, l’augmentation des apports anthropiques, liée à la croissance soudaine de la population, a engendré des contaminations microbiologiques des coquillages en élevage et une dégradation de l’état de la lagune, lui portant préjudice sur les plans sanitaire, écologique et socio‐économique. Depuis les années 1970, les travaux considérables effectués sur les systèmes d’assainissement du bassin‐versant ont permis la restauration de la lagune, qui a alors entamé une trajectoire d’oligotrophisation, processus encore peu étudié sur les milieux côtiers. Soumise à une diversité de pressions et de perturbations, Thau peut s’apparenter à un système complexe, au sein duquel l’écosystème se trouve en interaction avec la société, constituant un socio‐écosystème (SES). L’objectif général de la thèse est de proposer des référentiels permettant d’évaluer l’état et d’analyser la trajectoire du SES Thau de 1970 à 2018, de façon dynamique et intégrée, en s’appuyant sur les démarches et outils proposés par : i) l’écologie de la restauration et ii) l’approche par les services écosystémiques (SE). Du point de vue de l’état et du fonctionnement de l’écosystème, les analyses statistiques des séries de données à long‐terme des compartiments autotrophes ont mis en évidence des ruptures dans la composition des communautés, ainsi que des phénomènes de résilience et d’inertie au cours du processus d’oligotrophisation. En appliquant l’outil interdisciplinaire des frises chronologiques, nous avons distingué trois périodes contrastées dans la trajectoire du SES : P1) 1970‐ 1989 : état dégradé, usages traditionnels majoritaires et gestion sectorielle ; P2) 1990‐2004, période de transition : début de l’amélioration de la qualité de l’eau, développement des usages récréatifs et structuration de la gestion ; P3) 2005‐2018 : oligotrophisation, diversification des usages et gestion intégrée. Grâce à l’analyse dynamique : i) des bouquets de services écosystémiques (adéquations ou écarts entre potentiel et consommation de SE) ; ii) et des formes de demandes de SE porteuses de changement (impactantes, non satisfaites, de conservation), nous avons identifié les principales interactions entre processus écologiques et sociaux et les principaux déterminants des phases de stabilité ou de basculement du SES.

The growing awareness of the negative impacts of the degradation of the water quality in coastal lagoons because of eutrophication has resulted in public action aiming at the reduction of the nutrient loadings into these lagoons. Hence, some of these coastal lagoons are currently undergoing ecological restoration and have shown a clear improvement of their water quality linked to decreasing phytoplankton biomass in the last 10 years. However, the response of the benthic macrophytes appears more complex, particularly by showing non-linear behaviour. By using complementary approaches including statistical analyses of long-term observations (1998-2015) and in situ measurements, this thesis aims to describe the dynamics of the macrophytes in space and time and to study their functional role during the oligotrophication process. Salinity, depth and nutrient concentrations in the water column represent the main factors that statistically explain the distribution of the benthic macrophyte communities in Mediterranean coastal lagoons. The first steps of the ecological restoration in eutrophied polyhaline and euhaline lagoons has been inferred from the statistical analysis of time series in 21 coastal lagoons. The reduction of the external nutrient loading results in a rapid regime shift (3-4 years) from a phytoplankton-dominated system to a macroalgae-dominated system, with particularly Ulva species. The decreasing inorganic nitrogen concentrations due to uptake by Ulva spp. in the water column appears to facilitate the development of Gracillaria spp. (red algae) and Chaetomorpha spp. (green filamentous algae). While the appearance of these macroalgal species is the result of the ecological restoration, these species also play a central role in this process by regulating the biogeochemical element fluxes. This way these species create more favourable conditions for perennial species. Although for re-oligotrophication trajectories in coastal lagoons our theory describes a tendency towards the return of perennial species, so far, we have not been able to document their return after a long period of absence. This shows, that among other factors, the internal nutrient loading and ecological connectivity are important factors to take into account for the recolonization of angiosperms in coastal lagoons.; La prise de conscience des risques liés à la dégradation de la qualité des milieux lagunaires vis-à-vis de l’eutrophisation a abouti à la mise en œuvre d’actions de gestion visant à réduire les apports en nutriments. Certaines lagunes sont aujourd’hui en phase de restauration, avec une amélioration notable de la qualité de l’eau liée notamment à la réduction des biomasses phytoplanctoniques. En revanche, la réponse des macrophytes benthiques semble plus complexe et non linéaire. A travers une approche complémentaire basée sur l’analyse statistique des données d’observations acquises de 1998 à 2015 et sur des mesures in situ, cette thèse vise à identifier la dynamique temporelle et spatiale des macrophytes ainsi que leur rôle fonctionnel au cours du processus d'oligotrophisation. Au sein des lagunes méditerranéennes, la salinité et les teneurs en nutriments dans la colonne d'eau sont les principaux paramètres qui structurent la distribution des macrophytes benthiques. L’analyse statistique menée sur 21 lagunes polyhalines et euhalines a permis d'illustrer les premières étapes de restauration. La réduction des apports externes a conduit à un basculement rapide (3-4 ans) d’un système totalement dominé par le phytoplancton vers un système dominé par les macroalgues opportunistes et notamment les ulves. La réduction de la disponibilité en azote dans la colonne d'eau liée au développement des ulves favoriserait le développement des gracilaires (algue rouge) et des chaetomorphes (algue verte filamenteuse). Bien plus que la seule conséquence de la restauration, la présence d'espèces clés jouerait ainsi un rôle central dans la restauration en régulant les flux d'azote et de phosphore au sein du système et en créant les conditions favorables à l'apparition d'autres espèces plus pérennes. Bien que notre théorie décrive une tendance vers le retour des macrophytes pérennes pour les trajectoires de re-oligotrophisation, nous n’avons pas encore pu documenter ce retour dans les lagunes après une longue période d’absence. Ceci, montre l’importance de prendre en compte, entre autres, l’importance des sources internes d’éléments nutritifs et de la connectivité pour la recolonisation des angiospermes dans les lagunes.

Le critère typologique de l’isolement dû à la glace est majeur et son importance est replacée en fonction de la régularité interannuelle du taux de la couverture glaciaire ou glacielle. La barrière la plus hermétique est celle d’un glacier continental, suivie par celle d’une banquise lacustre permanente. Chez les lacs à couverture glacielle saisonnière, les plans d’eau superficiels, que le gel est susceptible de faire disparaître chaque année, ont une chaîne trophique beaucoup plus pauvre que les grands lacs profonds, capables de fournir des conditions favorables à la vie malgré l’ampleur du marnage. The major typological criterion for classifying polar lakes is the isolation by the ice cover. The significance of this phenomenon depends on the inter-annual regularity of the ice regime. Continental glaciers are the main obstacle between water and atmosphere; perennially frozen lakes are largely isolated too. The seasonally frozen lakes are either shallow and deep lakes. Polar ponds and shallow lakes, which may completely freeze and disappear each year, are biologically poor, whereas deep polar lakes present a complete trophic cycle despite the great water level fluctuations.

International audience; The major typological criterion for classifying polar lakes is the isolation by the ice cover. The significance of this phenomenon depends on the inter-annual regularity of the ice regime. Continental glaciers are the main obstacle between water and atmosphere; perennially frozen lakes are largely isolated too. The seasonally frozen lakes are either shallow and deep lakes. Polar ponds and shallow lakes, which may completely freeze and disappear each year, are biologically poor, whereas deep polar lakes present a complete trophic cycle despite the great water level fluctuations.; Le critère typologique de l’isolement dû à la glace est majeur et son importance est replacée en fonction de la régularité interannuelle du taux de la couverture glaciaire ou glacielle. La barrière la plus hermétique est celle d’un glacier continental, suivie par celle d’une banquise lacustre permanente. Chez les lacs à couverture glacielle saisonnière, les plans d’eau superficiels, que le gel est susceptible de faire disparaître chaque année, ont une chaîne trophique beaucoup plus pauvre que les grands lacs profonds, capables de fournir des conditions favorables à la vie malgré l’ampleur du marnage.