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National audience; Etat de santé des forêts alluviales, des individus au peuplement de l'écophysiologie à la télédétection

Worldwide, changing nutrient concentrations pose main stressors in many ecosystems, which is likely to continue in the future. Consumer communities are often not directly affected but changes in resource quantity and quality have led to shifts in taxonomic as well as functional composition. For example, under phosphorous-rich conditions, some studies showed that small and fast-growing taxa were favored and also some shifts towards P-rich taxa were reported. Ecological stoichiometry theory (=EST) offers a framework to investigate the equilibrium and fluxes of elements (i.e. nutrients) between organisms one another and the environment. Stoichiometric traits, that is the elemental composition of an organism’s body tissue, has been successfully linked to resource quality or functional traits, especially growth rate and feeding groups. However, so far, most studies did not go beyond taxon or population level and explicit links towards nutrient availabilities are rare. It was thus the aim of my PhD to investigate whether – and to what extent – the integration of stoichiometric traits into community analyses can improve our understanding of a community response towards global stressors, i.e. changes in nutrient concentration and their ratios Using stream macroinvertebrates as model organisms, I tested assumptions from EST on community level relying to three databases comprising (i) stoichiometric traits (which I constructed based on field samplings campaigns and a literature research), (ii) functional traits and (iii) community datasets (abundances & environmental parameters). I found significant links between stoichiometric traits and (other) functional traits, as well as between water nutrient concentration and community stoichiometry. These results could complementarily be explained by EST and phylogeny. Phylogeny was found to largely control a taxon’s body stoichiometry leading to partly distinct responses among major taxonomic groups. Also confounding factors affecting community stoichiometry via shifts among those groups seemed to have weaken the global trends over a spatial nutrient gradient. On a temporal scale however the community stoichiometry and functional response followed our expectations based on EST: Under decreasing phosphorous concentrations, the community shifted towards P-poor taxa which decreased community %P. Further, high phosphorous conditions favoured traits related to fast development (e.g. small body sizes, short life duration) and detritus feeding; whereas low phosphorus conditions favoured slow-developing and predatory taxa. Stoichiometric traits were largely involved in this link, underlining their potential to explain ecological responses towards nutrient changes. It remains to be investigated how such a changed consumer nutrient pool affect nutrient cycling towards higher/lower trophic levels or adjacent terrestrial ecosystems. It might also be interesting to study its application towards – and interaction with – other global stressors, notably global warming, which already was shown to affect stoichiometry and/or traits related to body stoichiometry (i.e. growth, development). The extension of the stoichiometric trait data base could further help broadening the application of this approach and testing our findings also for other systems/regions., Dans de nombreux écosystèmes à travers le monde, les changements de concentrations et d’abondance relative des nutriments constituent un facteur de stress majeur. Les communautés de consommateurs ne sont souvent pas directement affectées par ces changements, mais plutôt indirectement par les modifications induites dans la quantité et la qualité des ressources de base. Par exemple, dans des conditions de forte disponibilité en phosphore, les taxons de petite taille et à croissance rapide sont favorisés tous comme ceux étant naturellement riches en phosphore. La théorie de la Stœchiométrie Ecologique (EST, Ecological Stoichiometry Theory) offre un cadre conceptuel pour étudier l'équilibre et les flux d'éléments (c.a.d. de nutriments) entre les organismes et l'environnement. Les traits stœchiométriques, ici considérés sous l’angle de la composition élémentaire des tissus corporels d'un organisme, ont pu être liés avec succès à la qualité des ressources ou à des traits fonctionnels des taxons, notamment le taux de croissance et le groupe trophique des organismes. Néanmoins, jusqu'à présent, la plupart des études n'ont pas dépassé le niveau du taxon ou de la population et les liens explicites entre la structure des communautés de consommateurs et la disponibilité en nutriments restent rares. L'objectif de mon doctorat était d'étudier si - et dans quelle mesure - l'intégration de traits stœchiométriques dans les analyses de communautés pouvait améliorer notre compréhension de leur réponse aux changements de concentrations en nutriments. En prenant pour communautés modèles les macroinvertébrés des cours d'eau, j'ai testé les hypothèses de l'EST en m'appuyant sur trois bases de données comprenant (i) des traits stœchiométriques (base de données construite dans le cadre de cette thèse), (ii) des traits fonctionnels et (iii) la structure des communautés de macroinvertébrés en France (abondances et paramètres environnementaux). J'ai ainsi pu mettre en évidence des liens entre les traits stœchiométriques et les autres traits fonctionnels des taxons, ainsi qu'entre la concentration des nutriments de l'eau et la stœchiométrie des communautés. Ces résultats pourraient être expliqués de manière complémentaire par l’EST et la phylogénie. La phylogénie contrôle largement la stœchiométrie des taxons, entraînant des réponses distinctes parmi les principaux groupes taxonomiques. De même, les variations d’abondance relative des différents taxons selon la disponibilité des nutriments tendent à réduire l’importance des traits stœchiométriques comme facteur explicatif. Cependant, en considérant un seul cours d’eau subissant une réduction progressive des concentrations en phosphore, la stœchiométrie de la communauté et sa réponse fonctionnelle ont suivi nos attentes basées sur l'EST : Une réduction du phosphore sélectionne des taxons pauvres en P et réduit le %P de la communauté. En outre, des conditions de phosphore élevées ont favorisé les traits liés au développement rapide (par ex. petites tailles de corps, courte durée de vie) et à la détritivorie, tandis que des conditions de phosphore faibles ont favorisé les taxons à développement lent et à dominance prédateurs. Les traits stœchiométriques étaient largement impliqués dans ce lien, soulignant leur potentiel pour expliquer les réponses écologiques aux changements de concentrations en nutriments. Il reste maintenant à étudier comment les changements de stocks de nutriments constitués par les consommateurs affecte in fine le cycle des nutriments, et le transfert de ces nutriments vers les niveaux trophiques supérieurs et les écosystèmes adjacents. Il pourrait également être intéressant d'étudier l’applicabilité de ces approches à d'autres facteurs de stress globaux, notamment le réchauffement climatique. L'extension de la base de données de traits stœchiométriques pourrait ainsi contribuer à élargir l'application de cette approche et à tester nos résultats sur d'autres types d’écosystèmes.

Soil communities are extremely diverse and understanding the drivers of their distribution and structure is challenged by the multitude of abiotic and biotic factors that might influence them. However, studying soil organisms is essential because they are involved in many soil processes, such as organic matter decomposition and nutrient cycling. It is now established that soil macroinvertebrates are both influenced by their environment and can also affect it through their feeding and movement activities. However, our knowledge of the fine processes involved in the structuring of their communities and how they influence soil functioning is often limited. To fill these gaps, my PhD thesis first focuses on the abiotic and biotic factors shaping macroinvertebrate communities in temperate forest soils, before studying their role in litter decomposition and how they influence other soil organisms in the context of climate changes.The first part of the thesis (chapters 1 and 2) is an in situ approach, where macrofaunal communities were studied in forests of varying tree composition and specific diversity along a European latitudinal gradient (including sites in Italy, Romania, Poland and Finland). The first chapter examines the relative importance of tree diversity, tree functional type and physical environment for predatory and sapro-geophagous macrofaunal communities. In a second chapter, I focused on carabid beetle assemblages by applying a functional trait-based approach using individual measurements and data obtained from the literature. The objective was to describe how the forest environment and the characteristics of their food resource influence the functional structure of their communities.The second part of the thesis develops experimental approaches and focuses on the functional importance of the sapro-geophagous macrofauna, and in particular the interactions it maintains with plants on the one hand (chapter 3) and with other soil organisms such as nematodes on the other (chapter 4). The feeding preferences of six species of saprophagous macroarthropods commonly found in European forests are first described and discussed with regard to the physical, chemical and morphological trait-based characteristics of the litter. The consequences of these feeding preferences on the properties of the faecal pellets produced by these invertebrates on the one hand, and their implications for the decomposition of litter on the other, are discussed. Finally, in a controlled mesocosm experiment, we studied the response of nematode communities to a simulated drought and how the functional diversity of the sapro-geophagous macrofauna can limit the deleterious effects of drought.The importance of soil biodiversity, at different trophic levels and in its taxonomic and functional dimensions, is discussed from the point of view of soil functioning and temperate forest ecosystems. The results are then discussed in order to identify silvicultural management practices that preserve both soil biodiversity and the functions it performs at the ecosystem level, despite global changes.; Les communautés du sol sont extrêmement diverses et comprendre leur distribution et leur structure est un défi scientifique car elles sont influencées par de nombreux facteurs abiotiques et biotiques. Etudier les organismes du sol est cependant primordial car ils interviennent dans de nombreux processus du sol, tels que la décomposition des matières organiques et le recyclage des éléments nutritifs. Il est maintenant établi que les macroinvertébrés du sol sont à la fois influencés par leur environnement et peuvent également l'affecter par leurs activités d'alimentation et de déplacement. Cependant, nos connaissances des processus fins impliqués dans la structuration de leurs communautés et dans la façon dont ils influencent le fonctionnement du sol restent souvent limitées. Pour combler ces lacunes, ma thèse de doctorat se concentre dans un premier temps sur les facteurs abiotiques et biotiques qui façonnent les communautés de macroinvertébrés des sols forestiers tempérés, avant d'étudier leur rôle dans la décomposition de la litière et la manière dont ils influencent les autres organismes du sol dans le contexte des changements climatiques.Le premier volet de la thèse (chapitres 1 et 2) est une approche in situ, où les communautés de macrofaune ont été étudiées dans des forêts de composition et de diversité spécifique en arbres variables le long d’un gradient latitudinal européen (incluant des sites en Italie, Roumanie, Pologne et Finlande). Le premier chapitre étudie l'importance relative de la diversité des arbres, de leur type fonctionnel et de l’environnement physique dans la structuration des assemblages de macrofaune prédatrice et sapro-géophage. Dans un second chapitre, je me suis plus particulièrement intéressé aux communautés de coléoptères carabiques en appliquant une approche basée sur les traits fonctionnels à l’aide de mesure individuelles et de données tirées de la littérature. L’objectif étant de décrire comment l’environnement forestier et les ressources alimentaires influencent la structure fonctionnelle des communautés de ces insectes prédateurs.Le deuxième volet de la thèse développe des approches expérimentales et se concentre sur l’importance fonctionnelle de la macrofaune sapro-géophage, et notamment les interactions qu’elle entretient avec les plantes d’une part (chapitre 3) et d’autres organismes du sol tels que les nématodes d’autre part (chapitre 4). Les préférences alimentaires de six espèces de macro-arthropodes sapro-géophages communément rencontrées dans les forêts européennes sont décrites dans un premier temps et discutées au regard des caractéristiques physiques, chimiques, et morphologiques des litières. Les conséquences de ces préférences alimentaires sur les propriétés des boulettes fécales produites par ces invertébrés d’une part, et leurs implications pour la décomposition des litières d’autre part sont discutées. Enfin, dans une expérience contrôlée en mésocosme, nous avons étudié la réaction des communautés de nématodes à une sécheresse simulée et la manière dont la diversité fonctionnelle de la macrofaune saprophage peut limiter les effets délétères de la sécheresse.L'importance de la biodiversité du sol, à différents niveaux trophiques et dans ses dimensions taxonomiques et fonctionnelles, est discutée du point de vue du fonctionnement du sol et des écosystèmes forestiers tempérés. Les résultats sont ensuite discutés afin d’identifier des pratiques de gestion sylvicoles permettant de préserver la biodiversité des sols et les fonctions qu’elle assure à l’échelle de l’écosystème, en dépit des changements globaux.

Soil communities are extremely diverse and understanding the drivers of their distribution and structure is challenged by the multitude of abiotic and biotic factors that might influence them. However, studying soil organisms is essential because they are involved in many soil processes, such as organic matter decomposition and nutrient cycling. It is now established that soil macroinvertebrates are both influenced by their environment and can also affect it through their feeding and movement activities. However, our knowledge of the fine processes involved in the structuring of their communities and how they influence soil functioning is often limited. To fill these gaps, my PhD thesis first focuses on the abiotic and biotic factors shaping macroinvertebrate communities in temperate forest soils, before studying their role in litter decomposition and how they influence other soil organisms in the context of climate changes.The first part of the thesis (chapters 1 and 2) is an in situ approach, where macrofaunal communities were studied in forests of varying tree composition and specific diversity along a European latitudinal gradient (including sites in Italy, Romania, Poland and Finland). The first chapter examines the relative importance of tree diversity, tree functional type and physical environment for predatory and sapro-geophagous macrofaunal communities. In a second chapter, I focused on carabid beetle assemblages by applying a functional trait-based approach using individual measurements and data obtained from the literature. The objective was to describe how the forest environment and the characteristics of their food resource influence the functional structure of their communities.The second part of the thesis develops experimental approaches and focuses on the functional importance of the sapro-geophagous macrofauna, and in particular the interactions it maintains with plants on the one hand (chapter 3) and with other soil organisms such as nematodes on the other (chapter 4). The feeding preferences of six species of saprophagous macroarthropods commonly found in European forests are first described and discussed with regard to the physical, chemical and morphological trait-based characteristics of the litter. The consequences of these feeding preferences on the properties of the faecal pellets produced by these invertebrates on the one hand, and their implications for the decomposition of litter on the other, are discussed. Finally, in a controlled mesocosm experiment, we studied the response of nematode communities to a simulated drought and how the functional diversity of the sapro-geophagous macrofauna can limit the deleterious effects of drought.The importance of soil biodiversity, at different trophic levels and in its taxonomic and functional dimensions, is discussed from the point of view of soil functioning and temperate forest ecosystems. The results are then discussed in order to identify silvicultural management practices that preserve both soil biodiversity and the functions it performs at the ecosystem level, despite global changes.; Les communautés du sol sont extrêmement diverses et comprendre leur distribution et leur structure est un défi scientifique car elles sont influencées par de nombreux facteurs abiotiques et biotiques. Etudier les organismes du sol est cependant primordial car ils interviennent dans de nombreux processus du sol, tels que la décomposition des matières organiques et le recyclage des éléments nutritifs. Il est maintenant établi que les macroinvertébrés du sol sont à la fois influencés par leur environnement et peuvent également l'affecter par leurs activités d'alimentation et de déplacement. Cependant, nos connaissances des processus fins impliqués dans la structuration de leurs communautés et dans la façon dont ils influencent le fonctionnement du sol restent souvent limitées. Pour combler ces lacunes, ma thèse de doctorat se concentre dans un premier temps sur les facteurs abiotiques et biotiques qui façonnent les communautés de macroinvertébrés des sols forestiers tempérés, avant d'étudier leur rôle dans la décomposition de la litière et la manière dont ils influencent les autres organismes du sol dans le contexte des changements climatiques.Le premier volet de la thèse (chapitres 1 et 2) est une approche in situ, où les communautés de macrofaune ont été étudiées dans des forêts de composition et de diversité spécifique en arbres variables le long d’un gradient latitudinal européen (incluant des sites en Italie, Roumanie, Pologne et Finlande). Le premier chapitre étudie l'importance relative de la diversité des arbres, de leur type fonctionnel et de l’environnement physique dans la structuration des assemblages de macrofaune prédatrice et sapro-géophage. Dans un second chapitre, je me suis plus particulièrement intéressé aux communautés de coléoptères carabiques en appliquant une approche basée sur les traits fonctionnels à l’aide de mesure individuelles et de données tirées de la littérature. L’objectif étant de décrire comment l’environnement forestier et les ressources alimentaires influencent la structure fonctionnelle des communautés de ces insectes prédateurs.Le deuxième volet de la thèse développe des approches expérimentales et se concentre sur l’importance fonctionnelle de la macrofaune sapro-géophage, et notamment les interactions qu’elle entretient avec les plantes d’une part (chapitre 3) et d’autres organismes du sol tels que les nématodes d’autre part (chapitre 4). Les préférences alimentaires de six espèces de macro-arthropodes sapro-géophages communément rencontrées dans les forêts européennes sont décrites dans un premier temps et discutées au regard des caractéristiques physiques, chimiques, et morphologiques des litières. Les conséquences de ces préférences alimentaires sur les propriétés des boulettes fécales produites par ces invertébrés d’une part, et leurs implications pour la décomposition des litières d’autre part sont discutées. Enfin, dans une expérience contrôlée en mésocosme, nous avons étudié la réaction des communautés de nématodes à une sécheresse simulée et la manière dont la diversité fonctionnelle de la macrofaune saprophage peut limiter les effets délétères de la sécheresse.L'importance de la biodiversité du sol, à différents niveaux trophiques et dans ses dimensions taxonomiques et fonctionnelles, est discutée du point de vue du fonctionnement du sol et des écosystèmes forestiers tempérés. Les résultats sont ensuite discutés afin d’identifier des pratiques de gestion sylvicoles permettant de préserver la biodiversité des sols et les fonctions qu’elle assure à l’échelle de l’écosystème, en dépit des changements globaux.

Trees interact with diverse microbial communities that influence their fitness and the functioning of terrestrial ecosystems. Unlike microorganisms associated with roots and soil, microorganisms that colonize the forest canopy are still poorly understood. The objective of this thesis is to better understand the functions of microorganisms associated with the aerial parts of trees (leaves, stems, seeds) as well as their vertical (from the plant to its offspring) and horizontal (emission from the plant to the atmosphere) transmission dynamics, by combining molecular ecology and plant ecophysiology analyses. The first chapter [P1] shows a vertical stratification of fungal and foliar bacterial communities within the beech canopy (Fagus sylvatica). This stratification is more pronounced for epiphytic microorganisms than for endophytes. It also decreases during the growing season in bacteria and appears to be related to morphology rather than foliar physiology. Vertical stratification of microbial functions is being analyzed. The second chapter [P2] highlights the presence of fungi in the internal tissues of the acorns of sessile oak (Quercus petraea), including the embryo, suggesting that the microbiota can be transmitted vertically from the mother tree to its offsprings and influence forest regeneration. Acorns contain in particular several fungal pathogens, in association with their mycoparasites. These fungal communities vary significantly depending on the mother tree and the oak population. Finally, the third chapter [P3] tests a prototype for measuring bacterial emission fluxes over plant cover. It shows that half of the species captured in the atmosphere are present on the leaf surface and suggests that the composition of bioaerosols is strongly influenced by the locally dominant cultivated plant, the grapevine (Vitis vinifera). Complementary measures, including a wider range of forest and non-forestry habitats, will have to be carried out to better understand the origin of emissions, which are known to influence the water cycle. This thesis therefore provides elements for modelling the dynamics and evolution of the tree-microbiota-atmosphere system, which will need to be strengthened and integrated into knowledge of the soil system in order to respond to the challenges raised by climate change; Les arbres interagissent avec des communautés microbiennes diversifiées qui influencent leur fitness et le fonctionnement des écosystèmes terrestres. Contrairement aux micro-organismes associés aux racines et au sol, les micro-organismes qui colonisent la canopée forestière sont encore mal connus. L’objectif de cette thèse est de mieux comprendre les fonctions des micro-organismes associés aux parties aériennes des arbres (feuilles, tiges, graines) ainsi que leur dynamique de transmission verticale (de l’arbre à ses descendants) et horizontale (émission de l’arbre vers l’atmosphère), en combinant des analyses d’écologie moléculaire et d’écophysiologie végétale. Le premier chapitre [P1] montre une stratification verticale des communautés fongiques et bactériennes foliaires au sein de la canopée du hêtre (Fagus sylvatica). Cette stratification est plus marquée chez les micro-organismes épiphytes que chez les endophytes, elle s’atténue au cours de la saison végétative chez les bactéries et semble être liée à la morphologie plutôt qu’à la physiologie foliaire. La stratification verticale des fonctions microbiennes est en cours d’analyse. Le deuxième chapitre [P2] met en évidence la présence de champignons dans les tissus internes des glands du chêne sessile (Quercus petraea), y compris l’embryon, suggérant que le microbiote peut être transmis verticalement de l’arbre mère à ses descendants et influencer la régénération forestière. Les glands contiennent en particulier plusieurs espèces de champignons pathogènes, en association avec leurs mycoparasites. Ces communautés fongiques varient significativement en fonction de l’arbre mère et de la population de chêne. Enfin, le troisième chapitre [P3] teste un prototype de mesure des flux d’émissions bactériennes au-dessus des couverts végétaux. Il montre que la moitié des espèces capturées dans l’atmosphère est présente sur la surface des feuilles et suggère que la composition des bioaérosols est fortement influencée par la plante cultivée dominante localement, la vigne (Vitis Vinifera). Des mesures complémentaires, incluant une plus large gamme d’habitats forestiers et non-forestiers, devront être réalisées pour mieux cerner l’origine des émissions, qui sont connues pour influencer le cycle de l’eau. Cette thèse apporte donc des éléments pour modéliser la dynamique et l’évolution du système arbre-microbiote-atmosphère, qu’il conviendra de renforcer et d’intégrer aux connaissances sur le système sol afin de répondre aux défis posés par le changement climatique

National audience; La restauration de la continuité écologique du fleuve Sélune (Manche) est un projet d’arasement de deux grands barrages (h. 36 et 16m) hydroélectriques sans précédent en Europe. Il est suivi par un programme scientifique (Selune-river-restoration.inra.fr) comprenant une analyse du reverdissement spontané d’un tronçon de 19km de long et 151ha (dimensions du premier lac de retenue disparu). Dès 2015, des baisses de niveaux successives ont dénoyé progressivement les plages de sédiments de l’ancienne vallée. Des travaux de gestion sédimentaire ont été conduits conjointement (creusement du lit mineur, stockage des sédiments par reprofilage localisé des berges) pour prévenir l’emportement des 700 000m3 de sédiments mobilisables. De fait, les vases exondées constituent des milieux pionniers ouverts à la recolonisation végétale. Les 4 années de suivi (2015-2018), état initial avant arasement, visaient à observer le patron spatial et la trajectoire des communautés végétales spontanées des points de vue structurel, taxonomique et fonctionnel. L’échantillonnage spécifique d’un site ayant subi une baisse de niveau automnale (2014), printanière (2017) et un remaniement artificiel automnal (2017) permet de comparer les réponses de la végétation (i) à la saison de la baisse de niveau et (ii) au remaniement. Dans tous les cas, la recolonisation est rapide, mais, les choix de gestion semblent influencer la composition et certaines fonctions des communautés. Ainsi, si des espèces pouvant fixer les rives sont présentes après chaque baisse, les communautés sont plus riches, diversifiées et les espèces de berges, plus abondantes suite à une baisse printanière. Le remaniement par le génie civil favorise une homogénéisation des communautés dominées par des annuelles ne se dispersant pas végétativement et restreint l’établissement d’espèces forestières. Cette perturbation forte (mélange des horizons, talutage, compactage) tardive est un retour à un état sensible (remise à nu) bouleversant le gain, après 2,5 ans de successions spontanées, de communautés typiques de berges aptes au maintien des sédiments. Les implications en matière de potentialités de restauration écologique passive de la vallée sont discutées.

Bocage is one of the essential elements of the landscape in the preservation of water resources, both in terms of quality and quantity. In this article, the authors review the scientific knowledge on the functioning and role of hedges on water. Their analysis concerns mainly the West of France, a region with a dense hydrographic network and groundwater tables exposed at the level of the talwegs., Le bocage constitue un des éléments essentiels du paysage dans la préservation de la ressource en eau, tant sur le plan qualitatif que quantitatif. Dans cet article, les auteures font le point des connaissances scientifiques sur le fonctionnement et le rôle des haies sur l’eau. Leur analyse concerne surtout l’Ouest de la France, une région à réseau hydrographique dense et nappes affleurant au niveaux des talwegs.

Prod 2019-158bSPEGESTADINRA; The consideration of biodiversity and its roles in the functioning and sustainability of agroecosystems isa paradigm shift. What progress has been made in understanding these roles and in setting upagricultural systems based on biodiversity? Methodological advances in molecular biology and artificialintelligence have made it possible to reveal hidden biodiversity, particularly of soils, and to reconstitutenetworks of biotic interactions. Functional ecology concepts renew the understanding of howagroecosystem plant communities work and the choice and selection of service plants or genotypes tobe grown in a mixture. With the rise of the concept of ecosystem services, which helps to finalize theroles of biodiversity, work is emerging, which is still too rare, linking biodiversity, functions and services,sometimes on a large scale (EFESE-EA study). Principles for managing planned biodiversity at multiplespatial and temporal scales for the provision of multiple services have been clarified and tested ininnovative system models or experiments. The design and evaluation of biodiversity-based agroecological systems requires increased research and cooperation between stakeholders; Résumé en français : La considération de la biodiversité et de ses rôles dans le fonctionnement et la durabilité des agroécosystèmes correspond à un changement de paradigme. Quelles sont les avancées dans la compréhension de ces rôles et dans la mise en place de systèmes agricoles basés sur la biodiversité ? Des progrès méthodologiques en biologie moléculaire et intelligence artificielle ont permis de révéler la biodiversité cachée, des sols en particulier, et de reconstituer des réseaux d’interactions biotiques. Les concepts d’écologie fonctionnelle renouvellent la compréhension du fonctionnement des communautés de plantes des agroécosystèmes et le choix et la sélection de plantes de service ou de génotypes à cultiver en mélange. Avec la montée en puissance du concept de service écosystémique qui aide à finaliser les rôles de la biodiversité, on voit apparaître des travaux, encore trop rares, reliant biodiversité, fonctions et services, parfois à grande échelle (étude EFESE-EA). Des principes de pilotage de la biodiversité planifiée à plusieurs échelles d’espace et de temps pour la fourniture de services multiples ont été explicités et mis à l’épreuve dans des modèles ou des expérimentations système innovantes. La conception et l’évaluation de systèmes agroécologiques basés sur la biodiversité requiert d’amplifier les recherches et la coopération entre acteurs. Résumé en anglais : The consideration of biodiversity and its roles in the functioning and sustainability of agroecosystems is a paradigm shift. What progress has been made in understanding these roles and in setting up agricultural systems based on biodiversity? Methodological advances in molecular biology and artificial intelligence have made it possible to reveal hidden biodiversity, particularly of soils, and to reconstitute networks of biotic interactions. Functional ecology concepts renew the understanding of how agroecosystem plant communities work and the choice and selection of service plants or genotypes to be grown in a mixture. With the rise of the concept of ecosystem services, which helps to finalize the roles of biodiversity, work is emerging, which is still too rare, linking biodiversity, functions and services, sometimes on a large scale (EFESE-EA study). Principles for managing planned biodiversity at multiple spatial and temporal scales for the provision of multiple services have been clarified and tested in innovative system models or experiments. The design and evaluation of biodiversity-based agro- ecological systems requires increased research and cooperation between stakeholders.

The ensemble of biological, geochemical, and physical processes that occur within ecosystems is driven by the interplay between biological communities and the abiotic environment. Explaining the spatial and temporal dynamics of biological communities in relation to environmental conditions is therefore essential for understanding ecosystem functioning, and ultimately for achieving sustainable development. In marine ecosystems, fish communities are key to ecosystem functioning, and fisheries provide livelihoods for over 10% of the world’s population. However, understanding the processes structuring fish communities remains difficult because community structure varies with both natural environmental fluctuations and, increasingly, human pressures. Effectively managing fisheries and marine ecosystems under global change therefore requires better characterizing fish community dynamics over time and space and disentangling the underlying drivers and mechanisms. While fish ecologists have traditionally relied on species-based approaches (i.e., taxonomic approaches) to study community structure, trait-based approaches (i.e., functional approaches) are increasingly used because they can provide better insight into community assembly and the mechanisms driving community responses. To meet this need for a better understanding of biodiversity dynamics, the present thesis took advantage of long-term scientific monitoring data to characterize the functional responses of fish communities to environmental gradients in the North Sea, Eastern English Channel, and Bay of Somme. All three ecosystems experienced temperature rises and oceanographic changes associated with a warming phase of the Atlantic Multidecadal Oscillation (AMO), which rapidly impacted fish community structure. Consistent biological responses were observed across the three ecosystems despite their different spatial scales, demonstrating that fish communities were affected by environmental change through bio-ecological traits associated with habitat preference and life history. In the North Sea and Eastern Channel, pelagic species were the most responsive and contributed largely to community dynamics, which is likely explained by their greater mobility, higher dispersal rates, and fewer habitat requirements. However, beyond habitat preference, species with r-selected life histories (e.g., low size and age at maturity, low parental investment, small offspring) had the fastest environmental responses whether or not they were pelagic, likely due to their rapid population turnover and generation time. Importantly, the way these species’ responses shaped community structure depended on environmental context. R-selected, pelagic species rapidly declined in the Bay of Somme and Eastern Channel, but rapidly increased in the North Sea. This likely reflects environmental suitability, indicating that after the phase change of the AMO, the Eastern Channel became a less favorable environment for these species, while the North Sea became more favorable. Thus, species with high mobility and fast life history cycles appear capable of rapidly tracking environmental conditions, shifting in abundance in response to environmental suitability. Additionally, as these ecosystems have warmed over the last 30 years, community responses were characterized by increases in mean thermal preference. Importantly, the amplitude of community changes was partially determined by communities’ initial structure and redundancy of bio-ecological traits, showing that community responses depended not only on environmental changes but also on biodiversity itself. Lastly, while fish community responses were consistently associated with climatic changes, historical fishing pressure on large-bodied, demersal species appeared to render fish communities more sensitive to environmental changes by increasing the relative of abundance of pelagic and r-selected species., Il est essentiel de décrire la dynamique spatiale et temporelle des communautés de poissons pour comprendre le fonctionnement et les services des écosystèmes marins. Cette thèse a utilisé des données de surveillance scientifique à long terme pour caractériser les réponses fonctionnelles des communautés de poissons aux gradients environnementaux en baie de Somme, Manche orientale et mer du Nord. Les trois écosystèmes ont connu des hausses de température associées à une phase de réchauffement de l'oscillation multidécennale de l'Atlantique, ce qui a eu des impacts rapides sur la structure des communautés. Dans les trois écosystèmes, les réponses des communautés ont été médiées par des traits associés à l’habitat et à l’histoire de vie. Dans la mer du Nord et la Manche Est, les espèces pélagiques étaient les plus sensibles, ce qui s'explique probablement par leur mobilité et leur dispersion plus élevés. Cependant, au-delà de l'habitat, les espèces à stratégie démographique r (faible taille et âge à maturité, faible investissement parental, etc.) ont eu des réponses environnementales plus rapides. La pression historique de la pêche semble d’avoir rendu les communautés plus sensibles aux changements environnementaux en augmentant l'abondance relative des espèces pélagiques et à stratégie r. De plus, comme ces écosystèmes se sont réchauffés au cours des 30 dernières années, les réponses des communautés ont été caractérisées par une augmentation de la préférence thermique moyenne, ce qui suggère que le réchauffement climatique favorisera des espèces mieux adaptées aux conditions chaudes et que les espèces ayant des cycles de vie rapides seront les premières à répondre.

Soil is one of the essential components supporting the functioning of the ecosystem. It is the support of primary production; an habitat for biodiversity, and it fulfills many ecological processes. Human activities, including intensive agricultural practices, have led to impaired the soil causing a sharp decline in their biodiversity. In response to these effects, new agricultural practices have been developed to preserve the soils and the ecosystem services they provide. These so-called innovative practices rely mainly on the reduction of tillage, integrated management of crop residues, the installation of permanent plant cover or the introduction of legumes into crop rotations. It is in this context of changes in agricultural practices that this thesis topic lays. This thesis aims to better understand the effects of the adoption of these innovative management practices on (i) the diversity of the macro and mesofauna communities soil and (ii) soil functioning in terms of organic carbon storage (basic food source), soil structure and pore size distribution (living environment). During the different chapters of this work, we highlighted three actions related to innovative agricultural practices combining in situ and ex situ experimental approaches. The aim of the first action was to study the combined effect of the introduction of legume (faba bean) and the reduction of tillage on the endogenous compartment. To answer this question, we developed an empirical experimental design made with the combination of situations encountered on farms. Our results showed that theinteraction between the two innovative practices did not result in a significant increase in the diversity of soil fauna. Microbial functions and the dynamics of carbon (C) and nitrogen (N) also do not seem to be affected by these practices. It turns out that the beneficial effects of these innovative practices cannot be considered without taking into account how they are implemented at the scale of crop rotations and technical itineraries. This allowed us to promote a second action whose objective was to follow, under the same pedoclimatic conditions and the same technical itineraries, the long-term effect (four years) of five different management regimes on the communities of soil fauna. Treatments included combinations of different crops, different rates of nitrogen fertilization, incorporation or removal of crop residues and different plowing intensities. The results showed that the reduction of tillage intensity favored the diversity of Collembola and its functional groups by improving habitatconditions through the increase of microbial carbon biomass (trophic source). In addition, the other components of management, namely the "reduction of nitrogen inputs" and the "restitution / export of crop residues", had no effect on springtails (abundance and wealth), in particular on those living in the soil, whether hemi or euedaphic. However, this study demonstrates that the dissimilarity in the composition of Collembola assemblages increases with the temporal differentiation of agricultural practices, and tillage was the main factor responsible for this trajectory.; Le sol est une des composantes essentielles au soutien du fonctionnement de l’écosystème. Il est lesupport de la production primaire, un habitat pour la diversité biologique et remplit de nombreux processus écologiques. Les activités anthropiques, et parmi elles, les pratiques agricoles intensives, ont conduit à des déséquilibres au sein du sol causant un fort déclin de leur biodiversité. En réponse à ces effets, de nouvelles pratiques agricoles ont été développées pour préserver les sols et les services écosystémiques qu’ils fournissent. Ces pratiques dites innovantes s’appuient principalement sur la réduction du travail du sol, une gestion intégrée des résidus de culture, l’installation d’un couvert végétal permanent ou encore l’introduction de légumineuses dans les rotations de culture. C’est dans ce contexte de mutation des pratiques agricoles que s’inscrit ce sujet de thèse qui vise à mieux comprendre les effets de l’adoption de ces gestions innovantes sur (i) la diversité des communautés de la macro- et de la mésofaune du sol et (ii) sur le fonctionnement du sol en termes de stockage ducarbone organique (source de nourriture de base), de structure du sol et de distribution de la taille des pores (milieu de vie). Au cours des différents chapitres de ce travail, nous avons mis en évidence trois actions liées à des pratiques agricoles innovantes combinant des approches expérimentales in et ex situ. L’objectif de la première action visait à étudier l’effet combiné de l’introduction de légumineuse (féverole) et de la réduction du travail du sol sur le compartiment endogé. Pour y répondre, nous avons développé une conception expérimentale empirique faite avec la combinaison des situations rencontrées dans les fermes. Nos résultats ont montré que l’interaction entre les deux pratiques innovantes n’a pas entrainé d'augmentation significative de la diversité de la faune du sol. Les fonctions microbiennes ainsi que la dynamique du carbone (C) et de l’azote (N) ne semblent pas non plus être affectées par ces pratiques. Il s’avère que les effets bénéfiques de ces pratiques innovantes ne peuvent être envisagés sans prendre en compte la manière dont elles sont mises en oeuvre à l’échelle des rotations culturales et des itinéraires techniques. Cela nous a permis de valoriser une seconde action dont l’objectif était de suivre dans les mêmes conditions pédoclimatiques et mêmes itinéraires techniques, l'effet à long terme (quatre ans) de cinq régimes de gestion différents sur les communautés de faune du sol. Les traitements comprenaient des combinaisons de différentes cultures (annuelles, vivaces), de différents taux de fertilisation azotée (ajout d'azote, azote réduit),incorporation ou élimination de résidus de culture et différentes intensités de labour (labour vs. travail superficiel). Les résultats ont montré que la réduction de l’intensité du travail du sol a favorisé la diversité des collemboles et ses groupes fonctionnels grâce à l’amélioration des conditions de l’habitat à travers l’augmentation de la biomasse microbienne de carbone (source trophique). Par ailleurs, les autres composantes de la gestion, soit la « réduction des apports d’azote » et la « restitution / exportation des résidus de culture», n’ont pas eu d’effet sur les collemboles (abondance et richesse), notamment sur ceux vivants dans le sol, qu'ils soient hémi ou euédaphiques. Toutefois, cette étude démontre que la dissemblance dans la composition des assemblages de collemboles augmente avec la différenciation temporelle des pratiques agricoles et le travail du sol est le premier facteur responsable de cette trajectoire. Cette assertion a donné lieu à une troisième action dont l’objectif était de suivre sur une saison de végétation la conversion de la perturbation mécanique résultant du travail du sol sur la résistance et résilience fonctionnelle des assemblages biotiques édaphiques.

Plant adaptation to drought has been extensively studied at many scales from ecology to molecular biology across a large range of model species. However, the conceptual frameworks underpinning the definition of plant strategies, and the terminology used across the different disciplines and scales are not analogous. 'Drought resistance' for instance refers to plant responses as different as the maintenance of growth and productivity in crops, to the survival and recovery in perennial woody or grassland species. Therefore, this paper aims to propose a unified conceptual framework of plant adaptive strategies to drought based on a revised terminology in order to enhance comparative studies. Ecological strategies encapsulate plant adaptation to multidimensional variation in resource variability but cannot account for the dynamic and short-term responses to fluctuations in water availability. Conversely, several plant physiological strategies have been identified along the mono-dimensional gradient of water availability in a given environment. According to a revised terminology, dehydration escape, dehydration avoidance, dehydration tolerance, dormancy, and desiccation tolerance are clearly distinguishable. Their sequential expression is expressed as water deficit increases while cavitation tolerance is proposed here to be a major hydraulic strategy underpinning adaptive responses to drought of vascular plants. This continuum of physiological strategies can be interpreted in the context of the ecological trade-off between water-acquisition vs. water-conservation, since growth maintenance is associated with fast water use under moderate drought while plant survival after growth cessation is associated with slow water use under severe drought. Consequently, the distinction between 'drought resistance' and 'drought survival', is emphasized as crucial to ensure a correct interpretation of plant strategies since 'knowing when not to grow' does not confer 'drought resistance' but may well enhance 'drought survival'. This framework proposal should improve cross-fertilization between disciplines to help tackle the increasing worldwide challenges that drought poses to plant adaptation.

European intertidal marshes have greatly declined during the past centuries because of land claim andhave recently been threatened by the effects of climate change. In recent years, an increasing number of tidal resto-ration projects have been implemented, following a global trend termed de-embankment. This thesis describes therestoration trajectory of tidally restored marshes from the response of nekton (i.e., fish and decapod crustaceans)based on two storm-breached study sites in the Gironde estuary : the Mortagne marsh and the Nouvelle island.Nekton assemblage composition of tidally restored marshes was described through a whole-estuary approach en-compassing natural, restored and dyked habitats. Nekton assemblages of tidally restored marshes showed highcompositional similarity with natural intertidal habitats and greatly departed from dyked marshes. Dyked marsheswere characterized by high occurrence of freshwater exotic taxa. Tidally restored marshes seemed particularly at-tractive for the thin-lipped grey mullet, Liza ramada. The functional traits’ distribution within fish communities revealeda change in functional structure in the course of restoration using the naturalness state of habitats as a proxy forrestoration time. Most notably, functional specialization, dispersion and richness increased with restoration time.No clear pattern of change was observed in community assembly over time ; trends chiefly varied with respect totraits. Temporal trends in one of the restored sites revealed three phases in the first four years of tide restoration.The abundance of several species and the community functional structure changed more steeply in the midst ofthe second phase, less than two years following tide restoration. Community turnover was probably delayed dueto incomplete drainage of the site in the early stages of restoration. The results of this thesis lead to a better un-derstanding of the restoration trajectory of tidal marshes without human intervention and highlight the strengths andweaknesses of some theoretical models used in restoration ecology.; Dégradés par plusieurs siècles d’endiguement et menacés par les effets du changement climatique, les marais intertidaux européens font aujourd’hui l’objet d’un nombre croissant de restaurations par rétablissement des marées sur d’anciennes zones endiguées, suivant une tendance générale appelée dépoldérisation. Cette thèse décrit la trajectoire de restauration des marais intertidaux à partir des communautés de necton (i.e., poissons et crustacés décapodes), sur la base de deux sites dépoldérisés accidentellement dans l’estuaire de la Gironde : le marais de Mortagne et l’île Nouvelle. L’évolution du necton dans les marais dépoldérisés est caractérisée à travers une approche synchronique à l’échelle de la mosaïque des habitats estuariens. La composition du necton dans les marais dépoldérisés est en grande partie similaire à celles des milieux intertidaux naturels et se différencie nette-ment des marais endigués, où les espèces exotiques d’eau douce prospèrent. Les marais restaurés apparaissent particulièrement attractifs pour le mulet porc, Liza ramada. La distribution des traits fonctionnels au sein des communautés de poissons révèle un changement de structure fonctionnelle au cours de la dépoldérisation, le temps de restauration étant inféré à partir d’un gradient de naturalité des habitats estuariens. En particulier, la spécialisation, la dispersion et la richesse fonctionnelle augmentent au cours de la restauration. Concernant l’évolution des règles d’assemblage, aucune tendance claire ne se dégage : les patrons diffèrent selon les traits fonctionnels.La dynamique temporelle de la composition des communautés de necton dans l’un des sites dépoldérisés montre une succession de trois phases au cours des quatre années suivant la restauration. Un changement plus abrupt concernant l’abondance de certaines espèces et la structure fonctionnelle des communautés est identifié au milieude la seconde phase, moins de deux ans après la dépoldérisation. La cinétique de transformation des communautés est probablement ralentie par le drainage incomplet du site dans les premiers temps de la dépoldérisation. Les résultats de cette thèse permettent de mieux comprendre la trajectoire de restauration des marais intertidaux, sans intervention humaine, tout en soulignant les atouts et les limites de certains modèles théoriques utilisés en écologie de la restauration.

Despite their reduced sizes, headwater streams play important roles in the functioning of downstream ecosystems and provide numerous ecological services. Since the River Continuum Concept, the functioning of these streams has been considered as mainly relying on allochthonous supplies of detrital organic matter for their functioning, in contrast with downstream ecosystems of larger size where primary production is considered to be predominant. Despite that detritus represent, by definition, a resource of lower quality for its consumers than living plants, the nature of the factors limiting the biological production and functional processes in these detrital ecosystems remains sparsely explored. First, the lack of essential elements (in particular nitrogen and phosphorus) in detritus could be a major constraint for the development of living organisms in streams. As a result, the availability of mineral elements in the water column, by stimulating the growth and activity of decomposers, but also by increasing the elemental quality of resources through microbial immobilization, could control ecological processes in a higher extent than previously believed in these ecosystems. By studying in situ, the response of microorganisms to nutrients availability along a land-use gradient, our results have shown a positive effect of the dissolved elements (N and P) on the decomposition of leaf litters and the enzymatic activities of the decomposers, even for the highest nutrient levels of the gradient, for which adverse effects were expected. Independently, in streams formerly subjected to acidification, we observed a recovery of the process of leaf litter decomposition. Nevertheless, this recovery was accompanied by a marked N reduction in the ecosystem, huge changes in stream functioning might be expected in the medium to long term. The role of autochthonous primary production was then questioned. Indeed, while being quantitatively minor, this contribution of high quality carbon may play a significant role in the functioning of headwater streams. In particular, the importance and role of polyunsaturated fatty acid (PUFA) intakes via phototrophic biofilms was questioned. Based on a field survey of 15 rivers in the Vosges Mountains along an acidification gradient, our results first showed the presence of diatomic biofilms rich in PUFA, despite these streams are clearly in a forested context. In a second step, an experimentation carried out under controlled conditions permitted to observe the positive role of diatomic resources, even in low concentrations, on the growth and survival of the crustacean amphipod Gammarus fossarum. Without this input, these organisms were unable to maintain their internal levels of PUFAs, suggesting that the consumption of autochthonous primary producers might be essential for these detritivore organisms. All our results permit to highlight the fundamental roles that can be played by the availability of dissolved elements (N and P) and the carbon quality of the resources on the biological production and on leaf litter decomposition in headwater streams. These results stress the need for more profound investigation of the interactions between these two limiting factors, and for understanding in which contexts one factor could supplement the other. In particular, it will be interesting to investigate to what extent various anthropogenic disturbances (xenobiotics, global warming, etc...) could affect the intensity or the nature of these limitations; Les cours d’eau de tête de bassin versant, malgré leurs tailles réduites, jouent des rôles importants pour le fonctionnement des milieux situés en aval, et rendent de nombreux services écologiques. Depuis l’émergence du River Continuum Concept, le fonctionnement de ces cours d’eau est considéré comme reposant principalement sur les apports allochtones de matière organique détritique par opposition aux écosystèmes aval de plus grande taille dans lesquels la production primaire autochtone est considérée comme prépondérante. Bien que les détritus soient, par définition, des ressources de moindre qualité pour leurs consommateurs que les végétaux vivants, le rôle des facteurs qui limitent la production biologique et les processus fonctionnels dans ces écosystèmes détritiques reste encore peu exploré. Par exemple la carence en éléments minéraux essentiels (notamment en azote et en phosphore) dans les détritus peut limiter le développement des organismes vivants dans les cours d’eau. De ce fait, la disponibilité en éléments minéraux dans la colonne d’eau, en stimulant la croissance, l’activité des décomposeurs et la qualité élémentaire des ressources par le processus d’immobilisation microbienne, pourrait contrôler pour partie les processus écologiques en jeu dans ces écosystèmes. En étudiant in situ la réponse des communautés microbiennes aux nutriments le long d’un gradient d’occupation des sols, nos travaux ont mis en évidence un effet positif des éléments dissous (N et P) sur la décomposition des litières et les activités enzymatiques des décomposeurs, et ce même pour les niveaux en nutriments les plus élevés du gradient, pour lesquels des effets inverses étaient attendus. Indépendamment, dans des cours d’eau anciennement soumis à de forts dépôts acidifiants, nous avons pu observer une récupération du processus de décomposition des litières. Néanmoins, cette restauration s’accompagnant d’un appauvrissement marqué en N, des perturbations du fonctionnement de ces cours d’eau pourrait se manifester à terme. Le rôle de la production primaire dans les cours d’eau de tête de bassin versant a ensuite été questionné. En effet, bien qu’étant mineur quantitativement, l’apport de carbone de forte qualité pourrait jouer un rôle non négligeable sur le fonctionnement des cours d’eau de tête de bassin versant. En particulier, l’importance et le rôle des apports en acides gras polyinsaturés (AGPI) via les biofilms phototrophes ont été questionnés. En se basant sur un suivi de terrain sur 15 cours d’eau des Vosges le long d’un gradient d’acidification, nos recherches ont tout d’abord pu mettre en évidence la présence de biofilms diatomiques riches en AGPI, malgré le caractère très forestier de ces cours d’eau. Dans un second temps, une expérience en conditions contrôlées a permis d’observer le rôle positif des apports, mêmes faibles, de ressources diatomiques sur la croissance et la survie du crustacé amphipode Gammarus fossarum. Sans cet apport, ces organismes se sont avérés incapables de maintenir leurs niveaux internes d’AGPI, suggérant qu’une consommation de producteurs primaires autochtones était indispensable à ces organismes détritivores. Nos résultats ont ainsi pu mettre en évidence les rôles fondamentaux que peuvent jouer la disponibilité en éléments dissous (N et P) et la qualité du carbone dans les ressources sur la production biologique et sur le processus de décomposition des litières dans les cours d’eau de tête de bassin versant. Ces résultats appellent désormais à investiguer plus profondément les interactions entre ces deux facteurs limitants, et à comprendre dans quels contextes l’un des facteurs pourrait suppléer l’autre. En particulier, il sera intéressant de rechercher comment diverses perturbations anthropiques (xénobiotiques, réchauffement climatique etc…) pourraient affecter l’intensité ou la nature de ces limitations

During its assembly, a plant community will be strongly modified: immigration of new plant species with new traits, disappearance of particular species with other traits, immigration of new plant-associated organisms (insects, fungi…), trait changes in existing species… All these changes are likely to drive the decomposition of litter produced by the plant community. Litter decomposition is indeed controlled by plant traits, activity of decomposer community, and adaptation of decomposer organisms to plant traits. However, the consequences of plant-community assembly on plant litter decomposition remain entirely unknown. This thesis aims at determining the consequences of plant-community assembly on plant litter decomposition, at distinct scales. First of all, we studied, locally, the consequences of neighboring plants on litter decomposition of plant individuals (i.e. intraspecific scale). We distinguished the case where litter of plant individuals was alone from the case where litter of plant individuals was mixed with litter from other species. Then we studied, more globally, the consequences of plant-community assembly on decomposition at the scale of the entire plant community (i.e. interspecific scale). Finally, we investigated whether plant litter decomposition feedbacks on plant-community assembly. We used two experimental approaches, the first one using a long-term mesocosm experiment for manipulating the local plant neighborhood of plant individuals, and the second one using of Long Term Ecological Research network involving grasslands with different time for assembly. At the local scale, our results indicate that plant individuals grown in functionally dissimilar neighborhood produce a more decomposable litter, and can also harbor more efficient decomposers. When the litter of these individuals is mixed with litter from other species, the decomposition of the litter mixture is accelerated by synergistic effects when neighboring plants are phylogenetically diverse, and functionnally dissimilar to the litter mixture. At the scale of whole plant community, our results show that numerous trait changes occur during assembly (leaf C:N ratio, leaf dry matter content…), as well as changes in the composition of the decomposer community (soil microbial C:N ratio). These changes strongly affect litter decomposition but offset each other, maintaining litter decomposition constant. Finally, our result show that the faster the decomposition of mixed-litter from two species is, the more both species coexist. This thesis demonstrates the major influence of plant-community assembly on plant litter decomposition in grassland ecosystems, from the scale of plant individuals to the scale of entire plant community. Plant-community assembly hence affects after-life ecosystem processes like litter decomposition. This influence occurs through plant traits and decomposer activity. In turn, litter decomposition feedbacks on plant-community assembly. Consequently, litter decomposition does not seem to be a collateral consequence of plant traits, but rather an important part of their ecological strategies and biotic interactions, participating to a feedback loop involving community assembly processes.; Au cours de son assemblage, une communauté végétale va subir de nombreux changements : immigration de nouvelles espèces de plantes possédant de nouveaux traits, disparition de certaines espèces de plantes avec d’autres traits, immigration de nouveaux organismes associés aux plantes (insectes, champignons…), changements de traits chez les espèces présentes… Tous ces changements sont susceptibles de modifier la décomposition de la litière produite par la communauté végétale. En effet, la décomposition de la litière est gouvernée par les traits des espèces végétales, par l’activité des organismes décomposeurs, et par le degré d’adaptation de ces organismes aux traits des espèces végétales. Cependant, les conséquences de l’assemblage de la communauté végétale pour la décomposition de la litière demeurent inconnues. L’objectif de cette thèse est de déterminer les conséquences de l’assemblage des communautés végétales prairiales sur la décomposition de leur litière, et ce à différentes échelles. Tout d’abord, nous avons étudié, très localement, les conséquences des plantes voisines que possèdent un individu pour la décomposition de sa litière (i.e. échelle intraspécifique). Nous avons distingué le cas où la litière de l’individu était seule, du cas où sa litière était mélangée à de la litière provenant d’autres espèces végétales. Puis, nous avons étudié les conséquences de l’assemblage sur la décomposition de la litière au niveau plus global de l’ensemble de la communauté végétale (i.e. échelle interspécifique). Enfin, nous avons exploré la rétroaction de la décomposition sur l’assemblage de la communauté. Deux grandes démarches expérimentales ont été développées, la première utilisant un dispositif de mésocosmes permettant de manipuler le voisinage local des individus, la seconde utilisant un dispositif Long Term Ecological Research (LTER) impliquant un vaste réseau de prairies avec différentes durées d’assemblage. À l’échelle locale, nos résultats indiquent qu’un individu qui possède des plantes voisines fonctionnellement dissemblables produit une litière plus décomposable et peut également abriter des décomposeurs plus efficaces. Lorsque la litière de cet individu est mélangée avec de la litière d’autres espèces, la décomposition du mélange est accélérée par des effets synergiques lorsque les plantes voisines sont évolutivement dissemblables et fonctionnellement éloignées du mélange. À l’échelle globale de l’ensemble de la communauté, nos résultats indiquent que tout au long de l’assemblage, de nombreux changements de traits fonctionnels des espèces végétales ont lieu (ratio C:N foliaire, teneur en matière sèche des feuilles, etc.) ainsi que des changements dans la composition de la communauté de décomposeurs (ratio C:N microbien). Ces changements impactent fortement la décomposition de la litière de la communauté prairiale mais s’annulent, maintenant le même taux global de décomposition. Enfin, nos résultats indiquent que plus la litière de couples d’espèces se décompose vite, notamment via des effets synergiques, plus ces espèces coexistent entre elles. Cette thèse met en évidence l’influence majeure de l’assemblage des communautés végétales prairiales sur la décomposition de leur litière, de l’invidu jusqu’à la communauté végétale toute entière. L’assemblage des communautés végétales peut donc influencer les processus écosystémiques d’après-vie tels que la décomposition de la litière. Cette influence se produit via les traits des plantes et l’activité de leurs décomposeurs. En retour, la décomposition de la litière impacte l’assemblage de la communauté végétale. La décomposition de la litière ne semble donc pas une conséquence collatérale des traits des espèces végétales, mais bien un élément important de leur stratégie écologique et de leurs interactions biotiques, situé au coeur d'une boucle de rétroaction avec les processus d'assemblage des communautés.

In this study, the SMPs from four commercially important and divergent bivalve species crassostrea gigas (pacific oyster), Mya truncata (soft shell clam), Mytilus edulis (blue mussel) and Pecten maximus (king scallop) were extracted and analysed using standardized extraction protocol and proteomic pipeline. This enables us to identify critical elements of basic biomineralization tool kit for calcification process irrespective of their shell morphology, mineralogy and microstructure. In addition, it enables the identification of SMPs that are specific to calcite and aragonite mineralogies. The signifiant numbers of SMPs found species-specific were hypothesized as adaptation to their modus vivendi. In fact, the latter proteins possess immunity-related functions and fit into specific pathway, phenoloxidase, suggesting their role in defense against pathogen. The comparative study of shell proteome of mussels living in full marine condition, North Sea and the Iow saline Baltic Sea showed the modulation of the SMPs that constitute the basic biomineralization tool kit. Higher modulation of chitin related proteins and non-modulated protein such as carbonic anhydrase, EGF and fibronectin domain containing proteins points out the impaired scaffold and mineral nucleation process in Baltic mussel. The modulation of immunity related proteins denote the influence of biotic components. These investigations show the functional diversity of SMPs and their roles beyond shell formation in the bivalvesand put forth the idea that shell is dynamic, endowed with both biochemical and mechanical protection.; Le processus de biominéralisation confère aux organismes qui le développent une valeur adaptative. La coquille carbonatée des mollusques intègre les fonctions de protection biomécanique à différentes échelles. La coquille résulte de l'association de composés inorganiques et d'une matrice organique protéique, médiatrice du contrôle biologique de la minéralisation. L'analyse du protéome de la coquille chez 4 espèces de bivalves met en évidence deux patrons fonctionnels et leur degré de conservation phylogénétique : l'un lié au contrôle de la minéralisation stricto sensu ; l'autre à la protection immune. L'étude de populations vivant à l'état naturel en mer Baltique, dont les eaux présentent localement de fortes variations ioniques montre que le protéome intègre également l'impact de conditions environnementales limitantes. L'anthropocène impose un rythme adaptatif pressant aux organismes et la modification acido-basique des eaux océaniques est susceptible d'impacter sensiblement les organismes calcifiants. La signature de mécanismes adaptatifs du contrôle biologique de la biominéralisation se traduit dans le protéome de la coquille. Les implications sont particulièrement signifiantes dans un contexte d'intérêt de développement aquacole grandissant.

Interoperability and discovery of AnaEE distributed resources through semantic annotations. Ontology & Semantic Web for Research. LifeWatch-ITA & EUDAT Workshop

National audience; Séminaire de l'UMR CNRS 5204 EDYTEM, Université Savoie Mont Blanc, Chambéry, 7 juin 2017.

During its assembly, a plant community will be strongly modified: immigration of new plant species with new traits, disappearance of particular species with other traits, immigration of new plant-associated organisms (insects, fungi…), trait changes in existing species… All these changes are likely to drive the decomposition of litter produced by the plant community. Litter decomposition is indeed controlled by plant traits, activity of decomposer community, and adaptation of decomposer organisms to plant traits. However, the consequences of plant-community assembly on plant litter decomposition remain entirely unknown. This thesis aims at determining the consequences of plant-community assembly on plant litter decomposition, at distinct scales. First of all, we studied, locally, the consequences of neighboring plants on litter decomposition of plant individuals (i.e. intraspecific scale). We distinguished the case where litter of plant individuals was alone from the case where litter of plant individuals was mixed with litter from other species. Then we studied, more globally, the consequences of plant-community assembly on decomposition at the scale of the entire plant community (i.e. interspecific scale). Finally, we investigated whether plant litter decomposition feedbacks on plant-community assembly. We used two experimental approaches, the first one using a long-term mesocosm experiment for manipulating the local plant neighborhood of plant individuals, and the second one using of Long Term Ecological Research network involving grasslands with different time for assembly. At the local scale, our results indicate that plant individuals grown in functionally dissimilar neighborhood produce a more decomposable litter, and can also harbor more efficient decomposers. When the litter of these individuals is mixed with litter from other species, the decomposition of the litter mixture is accelerated by synergistic effects when neighboring plants are phylogenetically diverse, and functionnally dissimilar to the litter mixture. At the scale of whole plant community, our results show that numerous trait changes occur during assembly (leaf C:N ratio, leaf dry matter content…), as well as changes in the composition of the decomposer community (soil microbial C:N ratio). These changes strongly affect litter decomposition but offset each other, maintaining litter decomposition constant. Finally, our result show that the faster the decomposition of mixed-litter from two species is, the more both species coexist. This thesis demonstrates the major influence of plant-community assembly on plant litter decomposition in grassland ecosystems, from the scale of plant individuals to the scale of entire plant community. Plant-community assembly hence affects after-life ecosystem processes like litter decomposition. This influence occurs through plant traits and decomposer activity. In turn, litter decomposition feedbacks on plant-community assembly. Consequently, litter decomposition does not seem to be a collateral consequence of plant traits, but rather an important part of their ecological strategies and biotic interactions, participating to a feedback loop involving community assembly processes., Au cours de son assemblage, une communauté végétale va subir de nombreux changements : immigration de nouvelles espèces de plantes possédant de nouveaux traits, disparition de certaines espèces de plantes avec d’autres traits, immigration de nouveaux organismes associés aux plantes (insectes, champignons…), changements de traits chez les espèces présentes… Tous ces changements sont susceptibles de modifier la décomposition de la litière produite par la communauté végétale. En effet, la décomposition de la litière est gouvernée par les traits des espèces végétales, par l’activité des organismes décomposeurs, et par le degré d’adaptation de ces organismes aux traits des espèces végétales. Cependant, les conséquences de l’assemblage de la communauté végétale pour la décomposition de la litière demeurent inconnues. L’objectif de cette thèse est de déterminer les conséquences de l’assemblage des communautés végétales prairiales sur la décomposition de leur litière, et ce à différentes échelles. Tout d’abord, nous avons étudié, très localement, les conséquences des plantes voisines que possèdent un individu pour la décomposition de sa litière (i.e. échelle intraspécifique). Nous avons distingué le cas où la litière de l’individu était seule, du cas où sa litière était mélangée à de la litière provenant d’autres espèces végétales. Puis, nous avons étudié les conséquences de l’assemblage sur la décomposition de la litière au niveau plus global de l’ensemble de la communauté végétale (i.e. échelle interspécifique). Enfin, nous avons exploré la rétroaction de la décomposition sur l’assemblage de la communauté. Deux grandes démarches expérimentales ont été développées, la première utilisant un dispositif de mésocosmes permettant de manipuler le voisinage local des individus, la seconde utilisant un dispositif Long Term Ecological Research (LTER) impliquant un vaste réseau de prairies avec différentes durées d’assemblage. À l’échelle locale, nos résultats indiquent qu’un individu qui possède des plantes voisines fonctionnellement dissemblables produit une litière plus décomposable et peut également abriter des décomposeurs plus efficaces. Lorsque la litière de cet individu est mélangée avec de la litière d’autres espèces, la décomposition du mélange est accélérée par des effets synergiques lorsque les plantes voisines sont évolutivement dissemblables et fonctionnellement éloignées du mélange. À l’échelle globale de l’ensemble de la communauté, nos résultats indiquent que tout au long de l’assemblage, de nombreux changements de traits fonctionnels des espèces végétales ont lieu (ratio C:N foliaire, teneur en matière sèche des feuilles, etc.) ainsi que des changements dans la composition de la communauté de décomposeurs (ratio C:N microbien). Ces changements impactent fortement la décomposition de la litière de la communauté prairiale mais s’annulent, maintenant le même taux global de décomposition. Enfin, nos résultats indiquent que plus la litière de couples d’espèces se décompose vite, notamment via des effets synergiques, plus ces espèces coexistent entre elles. Cette thèse met en évidence l’influence majeure de l’assemblage des communautés végétales prairiales sur la décomposition de leur litière, de l’invidu jusqu’à la communauté végétale toute entière. L’assemblage des communautés végétales peut donc influencer les processus écosystémiques d’après-vie tels que la décomposition de la litière. Cette influence se produit via les traits des plantes et l’activité de leurs décomposeurs. En retour, la décomposition de la litière impacte l’assemblage de la communauté végétale. La décomposition de la litière ne semble donc pas une conséquence collatérale des traits des espèces végétales, mais bien un élément important de leur stratégie écologique et de leurs interactions biotiques, situé au coeur d'une boucle de rétroaction avec les processus d'assemblage des communautés.

Despite their reduced sizes, headwater streams play important roles in the functioning of downstream ecosystems and provide numerous ecological services. Since the River Continuum Concept, the functioning of these streams has been considered as mainly relying on allochthonous supplies of detrital organic matter for their functioning, in contrast with downstream ecosystems of larger size where primary production is considered to be predominant. Despite that detritus represent, by definition, a resource of lower quality for its consumers than living plants, the nature of the factors limiting the biological production and functional processes in these detrital ecosystems remains sparsely explored. First, the lack of essential elements (in particular nitrogen and phosphorus) in detritus could be a major constraint for the development of living organisms in streams. As a result, the availability of mineral elements in the water column, by stimulating the growth and activity of decomposers, but also by increasing the elemental quality of resources through microbial immobilization, could control ecological processes in a higher extent than previously believed in these ecosystems. By studying in situ, the response of microorganisms to nutrients availability along a land-use gradient, our results have shown a positive effect of the dissolved elements (N and P) on the decomposition of leaf litters and the enzymatic activities of the decomposers, even for the highest nutrient levels of the gradient, for which adverse effects were expected. Independently, in streams formerly subjected to acidification, we observed a recovery of the process of leaf litter decomposition. Nevertheless, this recovery was accompanied by a marked N reduction in the ecosystem, huge changes in stream functioning might be expected in the medium to long term. The role of autochthonous primary production was then questioned. Indeed, while being quantitatively minor, this contribution of high quality carbon may play a significant role in the functioning of headwater streams. In particular, the importance and role of polyunsaturated fatty acid (PUFA) intakes via phototrophic biofilms was questioned. Based on a field survey of 15 rivers in the Vosges Mountains along an acidification gradient, our results first showed the presence of diatomic biofilms rich in PUFA, despite these streams are clearly in a forested context. In a second step, an experimentation carried out under controlled conditions permitted to observe the positive role of diatomic resources, even in low concentrations, on the growth and survival of the crustacean amphipod Gammarus fossarum. Without this input, these organisms were unable to maintain their internal levels of PUFAs, suggesting that the consumption of autochthonous primary producers might be essential for these detritivore organisms. All our results permit to highlight the fundamental roles that can be played by the availability of dissolved elements (N and P) and the carbon quality of the resources on the biological production and on leaf litter decomposition in headwater streams. These results stress the need for more profound investigation of the interactions between these two limiting factors, and for understanding in which contexts one factor could supplement the other. In particular, it will be interesting to investigate to what extent various anthropogenic disturbances (xenobiotics, global warming, etc...) could affect the intensity or the nature of these limitations, Les cours d’eau de tête de bassin versant, malgré leurs tailles réduites, jouent des rôles importants pour le fonctionnement des milieux situés en aval, et rendent de nombreux services écologiques. Depuis l’émergence du River Continuum Concept, le fonctionnement de ces cours d’eau est considéré comme reposant principalement sur les apports allochtones de matière organique détritique par opposition aux écosystèmes aval de plus grande taille dans lesquels la production primaire autochtone est considérée comme prépondérante. Bien que les détritus soient, par définition, des ressources de moindre qualité pour leurs consommateurs que les végétaux vivants, le rôle des facteurs qui limitent la production biologique et les processus fonctionnels dans ces écosystèmes détritiques reste encore peu exploré. Par exemple la carence en éléments minéraux essentiels (notamment en azote et en phosphore) dans les détritus peut limiter le développement des organismes vivants dans les cours d’eau. De ce fait, la disponibilité en éléments minéraux dans la colonne d’eau, en stimulant la croissance, l’activité des décomposeurs et la qualité élémentaire des ressources par le processus d’immobilisation microbienne, pourrait contrôler pour partie les processus écologiques en jeu dans ces écosystèmes. En étudiant in situ la réponse des communautés microbiennes aux nutriments le long d’un gradient d’occupation des sols, nos travaux ont mis en évidence un effet positif des éléments dissous (N et P) sur la décomposition des litières et les activités enzymatiques des décomposeurs, et ce même pour les niveaux en nutriments les plus élevés du gradient, pour lesquels des effets inverses étaient attendus. Indépendamment, dans des cours d’eau anciennement soumis à de forts dépôts acidifiants, nous avons pu observer une récupération du processus de décomposition des litières. Néanmoins, cette restauration s’accompagnant d’un appauvrissement marqué en N, des perturbations du fonctionnement de ces cours d’eau pourrait se manifester à terme. Le rôle de la production primaire dans les cours d’eau de tête de bassin versant a ensuite été questionné. En effet, bien qu’étant mineur quantitativement, l’apport de carbone de forte qualité pourrait jouer un rôle non négligeable sur le fonctionnement des cours d’eau de tête de bassin versant. En particulier, l’importance et le rôle des apports en acides gras polyinsaturés (AGPI) via les biofilms phototrophes ont été questionnés. En se basant sur un suivi de terrain sur 15 cours d’eau des Vosges le long d’un gradient d’acidification, nos recherches ont tout d’abord pu mettre en évidence la présence de biofilms diatomiques riches en AGPI, malgré le caractère très forestier de ces cours d’eau. Dans un second temps, une expérience en conditions contrôlées a permis d’observer le rôle positif des apports, mêmes faibles, de ressources diatomiques sur la croissance et la survie du crustacé amphipode Gammarus fossarum. Sans cet apport, ces organismes se sont avérés incapables de maintenir leurs niveaux internes d’AGPI, suggérant qu’une consommation de producteurs primaires autochtones était indispensable à ces organismes détritivores. Nos résultats ont ainsi pu mettre en évidence les rôles fondamentaux que peuvent jouer la disponibilité en éléments dissous (N et P) et la qualité du carbone dans les ressources sur la production biologique et sur le processus de décomposition des litières dans les cours d’eau de tête de bassin versant. Ces résultats appellent désormais à investiguer plus profondément les interactions entre ces deux facteurs limitants, et à comprendre dans quels contextes l’un des facteurs pourrait suppléer l’autre. En particulier, il sera intéressant de rechercher comment diverses perturbations anthropiques (xénobiotiques, réchauffement climatique etc…) pourraient affecter l’intensité ou la nature de ces limitations

Ecological studies are increasingly moving towards trait-based approaches, as the evidence mounts that functions, as opposed to taxonomy, drive ecosystem service delivery. Among ecosystem services, biological control has been somewhat overlooked in functional ecological studies. This is surprising given that, over recent decades, much of biological control research has been focused on identifying the multiple characteristics (traits) of species that influence trophic interactions. These traits are especially well developed for interactions between arthropods and flowers - important for biological control, as floral resources can provide natural enemies with nutritional supplements, which can dramatically increase biological control efficiency. Traits that underpin the biological control potential of a community and that drive the response of arthropods to environmental filters, from local to landscape-level conditions, are also emerging from recent empirical studies. We present an overview of the traits that have been identified to (i) drive trophic interactions, especially between plants and biological control agents through determining access to floral resources and enhancing longevity and fecundity of natural enemies, (ii) affect the biological control services provided by arthropods, and (iii) limit the response of arthropods to environmental filters, ranging from local management practices to landscape-level simplification. We use this review as a platform to outline opportunities and guidelines for future trait-based studies focused on the enhancement of biological control services.

Alpine grasslands are home to large populations of wild herbivores and are often exposed to additional grazing by domestic herbivores. This study aims to investigate the metabolic response of subalpine plant species to herbivory and to identify the ecosystem functional consequences via the alteration of litter decomposability. For this purpose, we set up a two-year experimental design using exclosures on the Armenaz subalpine grassland from the Bauges massif, under two mammalian herbivory regimes: intensive grazing by domestic heifers (Bos taurus) and extensive grazing by wild chamois (Rupicapra rupicapra). We measured leaf functional traits representative of growth and defense metabolisms on about twenty plant species grown in presence or absence of herbivores, and estimated litter decomposability of some of these species. Contrary to the hypothesis of a growth/defense tradeoff, our results show that the allocation of defensive compounds (polyphenols and lignin) in plants is not related to their nutrient acquisition strategy. In our study, plant responses to grazing exclusion vary according to: (1) herbivory context, plant response being more pronounced in the case of intensive grazing by heifers than extensive grazing by chamois, (2) plant species, suggesting that they rely on different defensive strategies, (3) environmental conditions, which may reflect the interactive effects with grazing treatment. One of the observed responses of plants to grazing exclusion is the decrease of their phenolic content, and more specifically flavonoids, which can be explained by the relaxation of the production of plant defenses when herbivores are no longer present. Chamois exclusion has no influence on chemical composition and decomposability of litters, the latter being best explained by its phenolic content. Revealing the contrasted effects of wild and domestic mammalian herbivores on vegetation and related soil processes allow us to improve our understanding of subalpine grasslands functioning. This should help us to better predict the effects of potential demographic variations of herbivore populations on environment., Les prairies subalpines abritent de grandes populations d’herbivores sauvages et sont souvent soumises au pâturage domestique. Le but de cette thèse est d’analyser la réponse métabolique des plantes subalpines à l’herbivorie, et d’identifier les conséquences fonctionnelles sur l’écosystème via la décomposabilité des litières. Pour cela, nous avons établi un dispositif d’exclusion des herbivores sur l’alpage d’Armenaz dans le massif des Bauges, dans deux contextes de pâturage différents : extensif par des herbivores sauvages (chamois, Rupicapra rupicapra) et intensif par des herbivores domestiques (génisses, Bos taurus). Nous avons caractérisé une vingtaine d’espèces végétales par des traits fonctionnels foliaires reflétant leur métabolisme de croissance et de défense, en présence ou en absence d’herbivores, et avons estimé la décomposabilité des litières de certaines d’entre elles. Contrairement à l’hypothèse du compromis entre croissance et défense, nos résultats montrent que la présence de composés de défense (polyphénols et lignine) chez les plantes n’est pas reliée à leur stratégie d’acquisition des ressources. Dans notre étude, la réponse des plantes à l’exclusion des herbivores dépend essentiellement : (1) du contexte d’herbivorie, la réponse étant d’avantage marquée dans le contexte du pâturage intensif par les génisses qu’extensif par les chamois, (2) des espèces végétales, suggérant l’existence de différentes stratégies de défense, (3) des conditions environnementales, pouvant être le reflet d’effets d’interaction avec le traitement d’herbivorie. Parmi les réponses observées, l’exclusion des herbivores entraîne chez certaines espèces une diminution de la teneur en composés phénoliques, et plus particulièrement en flavonoïdes, pouvant refléter la relaxation de la synthèse de ces composés de résistance en absence d’herbivores. L’exclusion des chamois n’influence pas la composition chimique des litières ni leur décomposabilité. Cette dernière, parmi les composés étudiés, dépend majoritairement de sa composition en polyphénols. L’identification d’effets contrastés de différents contextes d’herbivorie sur la réponse des plantes et des fonctions écosystémiques qui en découlent nous permet d’améliorer notre compréhension du fonctionnement des prairies subalpines. Ce sont autant d’éléments pour nous aider à mieux appréhender les effets sur l’environnement d’éventuels changements démographiques des populations de grands herbivores.

The success of revegetation or ecological restauration highly depends on our knowledge of mechanisms underlying changes in composition and structure of the vegetation along the ecological succession. Natural or human-induced disturbances of varying intensity and frequency often occur simultaneously to influence vegetation temporal dynamics. However, the influence of a recurrent disturbance combined with ecological changes along plant succession remains poorly documented.Plant communities growing on road slopes are particularly appropriate to study this issue. Construction work and management history are well documented, so that the age of the vegetation and its disturbance regime by mowing can be precisely informed. Thus, road slopes plant communities represent an in situ quasi-experimental framework particularly adapted to study processes affecting community assembly along the ecological succession under the influence of a recurrent disturbance.The principal objective of this study is to characterise the successional dynamic initiated after road slope construction in the Mediterranean area, and to identify the ecological processes and environmental factors influencing this dynamic. We particularly focused on the influence of recurrent mowing on this dynamic.We studied the floristic composition and the diversity of functional traits (mainly leaf traits and flowering phenology traits) in a 70-year long chronosequence of French Mediterranean (Hérault, France) road slopes, each including both mown and unmown vegetation.The analysis of taxonomical variations between road slopes plant communities reveals a large species turnover along the ecological succession. This floristic turnover relates with functional changes within communities. These functional changes are structured by environmental filters influencing flowering synchrony within communities on one hand, and the diversity of a combination of functional traits between communities of similar age on the other hand. These environmental filters changing along the succession relate with changing soil parameters and increasing spatial heterogeneity of light and temperature conditions with canopy closure.Mowing alters floristic and functional trajectories along the succession, notably through the decrease of speed in resource-use strategy changes along the succession in mown communities compared to unmown communities. In addition, this recurrent disturbance increases taxonomic and functional diversity within communities, while it decreases taxonomic and functional turnover between communities of the same age. Finally, mowing acts as an additional environmental filter on community assembly along the succession and homogenises vegetation between communities of the same age.The conclusions of this study provide basic knowledge in ecology. It also has implications for the management of road slopes plant communities in the perspective of their revegetation after construction work. Our conclusions suggest, amongst others, that combining mown and unmown vegetation could provide habitats for a higher diversity of associated fauna. In addition, it would allow vegetation to be pleasant to road users, while still ensuring a good visibility for road safety; Les mesures de végétalisation ou de restauration écologique nécessitent de comprendre les mécanismes qui sous-tendent les changements de composition et de structure de la végétation au cours de la succession écologique. Des perturbations, d’intensité et fréquence variables, naturelles ou causées par l’Homme, agissent souvent en interaction sur la dynamique temporelle de la végétation. Cependant, l’influence d’une perturbation récurrente combinée aux changements écologiques au cours de la succession est restée peu étudiée jusqu’à présent.Les communautés végétales de talus routiers représentent un modèle pertinent pour étudier cette problématique. L’historique d’aménagement et de gestion des talus est particulièrement bien renseigné ; on a donc une connaissance précise de l’âge des communautés et de leur régime de perturbation par la fauche. Les talus routiers fournissent ainsi un plan quasi-expérimental in situ permettant l’étude des processus qui affectent l’assemblage des communautés au cours de la succession sous l’influence d’une perturbation récurrente.L’objectif principal de cette étude est de caractériser la dynamique successionnelle initiée par la mise en place d’un talus routier en région méditerranéenne et de déterminer les processus écologiques et les facteurs environnementaux influençant cette dynamique. On s’intéresse en particulier à l’influence de la fauche récurrente sur cette dynamique.Pour cela, nous avons étudié la composition floristique et la diversité des traits fonctionnels (traits foliaires et de phénologie de floraison principalement) de la végétation de talus routiers de l’Hérault (France). Chaque talus inclut une partie fauchée et une partie non fauchée, l’ensemble formant une chronoséquence sur près de 70 ans.L’analyse des variations taxonomiques entre les communautés végétales de talus routiers montre un large remplacement des espèces au cours de la succession. Ce turnover floristique est associé à des changements fonctionnels au sein des communautés. Ces derniers sont structurés par des filtres environnementaux qui influent (1) sur la synchronie de floraison entre espèces au sein des communautés au cours du temps et (2) sur la diversité de combinaisons de traits fonctionnels entre communautés d’âge similaire. Ces changements de filtres environnementaux au cours du temps semblent liés à des changements pédologiques et à l’augmentation de l’hétérogénéité spatiale des conditions de lumière et de température (avec la fermeture progressive de canopée). La fauche altère les trajectoires floristiques et fonctionnelles, notamment en provoquant un ralentissement du changement de stratégie d’utilisation des ressources au cours de la succession par rapport à la trajectoire naturelle, sans fauche. De plus, cette perturbation récurrente induit une augmentation de la diversité taxonomique et fonctionnelle au sein des communautés alors qu’elle la réduit entre communautés d’âge similaire. Finalement, la fauche agit comme un filtre environnemental supplémentaire sur l’assemblage des communautés au cours de la succession et induit une homogénéisation de la végétation entre communautés d’âge similaire.Les conclusions de cette étude contribuent à la connaissance écologique fondamentale. En termes d’implications pour la gestion des communautés végétales de talus routiers, nos conclusions suggèrent, entre autres, que l’association de végétation fauchée et non fauchée au sein des mêmes sites pourrait servir d’habitat pour une plus grande diversité de faune associée. Cette association permettrait de plus d’avoir un rendu paysager agréable aux usagers de la route, tout en garantissant une bonne visibilité pour la sécurité routière.

The success of revegetation or ecological restauration highly depends on our knowledge of mechanisms underlying changes in composition and structure of the vegetation along the ecological succession. Natural or human-induced disturbances of varying intensity and frequency often occur simultaneously to influence vegetation temporal dynamics. However, the influence of a recurrent disturbance combined with ecological changes along plant succession remains poorly documented.Plant communities growing on road slopes are particularly appropriate to study this issue. Construction work and management history are well documented, so that the age of the vegetation and its disturbance regime by mowing can be precisely informed. Thus, road slopes plant communities represent an in situ quasi-experimental framework particularly adapted to study processes affecting community assembly along the ecological succession under the influence of a recurrent disturbance.The principal objective of this study is to characterise the successional dynamic initiated after road slope construction in the Mediterranean area, and to identify the ecological processes and environmental factors influencing this dynamic. We particularly focused on the influence of recurrent mowing on this dynamic.We studied the floristic composition and the diversity of functional traits (mainly leaf traits and flowering phenology traits) in a 70-year long chronosequence of French Mediterranean (Hérault, France) road slopes, each including both mown and unmown vegetation.The analysis of taxonomical variations between road slopes plant communities reveals a large species turnover along the ecological succession. This floristic turnover relates with functional changes within communities. These functional changes are structured by environmental filters influencing flowering synchrony within communities on one hand, and the diversity of a combination of functional traits between communities of similar age on the other hand. These environmental filters changing along the succession relate with changing soil parameters and increasing spatial heterogeneity of light and temperature conditions with canopy closure.Mowing alters floristic and functional trajectories along the succession, notably through the decrease of speed in resource-use strategy changes along the succession in mown communities compared to unmown communities. In addition, this recurrent disturbance increases taxonomic and functional diversity within communities, while it decreases taxonomic and functional turnover between communities of the same age. Finally, mowing acts as an additional environmental filter on community assembly along the succession and homogenises vegetation between communities of the same age.The conclusions of this study provide basic knowledge in ecology. It also has implications for the management of road slopes plant communities in the perspective of their revegetation after construction work. Our conclusions suggest, amongst others, that combining mown and unmown vegetation could provide habitats for a higher diversity of associated fauna. In addition, it would allow vegetation to be pleasant to road users, while still ensuring a good visibility for road safety; Les mesures de végétalisation ou de restauration écologique nécessitent de comprendre les mécanismes qui sous-tendent les changements de composition et de structure de la végétation au cours de la succession écologique. Des perturbations, d’intensité et fréquence variables, naturelles ou causées par l’Homme, agissent souvent en interaction sur la dynamique temporelle de la végétation. Cependant, l’influence d’une perturbation récurrente combinée aux changements écologiques au cours de la succession est restée peu étudiée jusqu’à présent.Les communautés végétales de talus routiers représentent un modèle pertinent pour étudier cette problématique. L’historique d’aménagement et de gestion des talus est particulièrement bien renseigné ; on a donc une connaissance précise de l’âge des communautés et de leur régime de perturbation par la fauche. Les talus routiers fournissent ainsi un plan quasi-expérimental in situ permettant l’étude des processus qui affectent l’assemblage des communautés au cours de la succession sous l’influence d’une perturbation récurrente.L’objectif principal de cette étude est de caractériser la dynamique successionnelle initiée par la mise en place d’un talus routier en région méditerranéenne et de déterminer les processus écologiques et les facteurs environnementaux influençant cette dynamique. On s’intéresse en particulier à l’influence de la fauche récurrente sur cette dynamique.Pour cela, nous avons étudié la composition floristique et la diversité des traits fonctionnels (traits foliaires et de phénologie de floraison principalement) de la végétation de talus routiers de l’Hérault (France). Chaque talus inclut une partie fauchée et une partie non fauchée, l’ensemble formant une chronoséquence sur près de 70 ans.L’analyse des variations taxonomiques entre les communautés végétales de talus routiers montre un large remplacement des espèces au cours de la succession. Ce turnover floristique est associé à des changements fonctionnels au sein des communautés. Ces derniers sont structurés par des filtres environnementaux qui influent (1) sur la synchronie de floraison entre espèces au sein des communautés au cours du temps et (2) sur la diversité de combinaisons de traits fonctionnels entre communautés d’âge similaire. Ces changements de filtres environnementaux au cours du temps semblent liés à des changements pédologiques et à l’augmentation de l’hétérogénéité spatiale des conditions de lumière et de température (avec la fermeture progressive de canopée). La fauche altère les trajectoires floristiques et fonctionnelles, notamment en provoquant un ralentissement du changement de stratégie d’utilisation des ressources au cours de la succession par rapport à la trajectoire naturelle, sans fauche. De plus, cette perturbation récurrente induit une augmentation de la diversité taxonomique et fonctionnelle au sein des communautés alors qu’elle la réduit entre communautés d’âge similaire. Finalement, la fauche agit comme un filtre environnemental supplémentaire sur l’assemblage des communautés au cours de la succession et induit une homogénéisation de la végétation entre communautés d’âge similaire.Les conclusions de cette étude contribuent à la connaissance écologique fondamentale. En termes d’implications pour la gestion des communautés végétales de talus routiers, nos conclusions suggèrent, entre autres, que l’association de végétation fauchée et non fauchée au sein des mêmes sites pourrait servir d’habitat pour une plus grande diversité de faune associée. Cette association permettrait de plus d’avoir un rendu paysager agréable aux usagers de la route, tout en garantissant une bonne visibilité pour la sécurité routière.

National audience

One of the remarkable characteristics of the New Caledonian flora is the presence of numerousangiosperm lineages recognized as the earliest divergences of the flowering plants, due to their phylogeneticpositions. Within these lineages, some species are likely to bear ancestral morpho-anatomical features.Therefore, under a comparative perspective, the study of these species can provide compelling information forunderstanding the early evolutionary stages of angiosperms. The first part of this thesis aims to study thestructural and functional characteristics of representative groups of basal angiosperms. The study of Amborellatrichopoda, sister species to the remaining flowering plants, shows a covariation of functional traits (stem-leaf)and a morphological plasticity in response to changes in the light environment. This suggests that these plasticresponses were already present in the common ancestor of angiosperms. In parallel, the study of the anatomicalevolution of Piperales, the most diversified basal angiosperm order, suggests that their common ancestor had anactive cambium. These results support the hypothesis that early angiosperms had a woody habit and thatsympodial growth may have been acquired early during angiosperms evolution.Basal angiosperms are among the over-represented angiosperm lineages of New Caledonia. However,the mechanisms underlying this disharmony remain unexplored. A second component of this thesis analyzes theenvironmental distribution of New Caledonian basal angiosperms to know their habitat preferences and theirenvironmental requirements. Further, we assess the influence of their drought tolerance on their environmentaldistribution. We show that most species have a preference for rain forest habitats with small variations intemperature. Drought-induced hydraulic vulnerability stands as a major trait that restricts the distribution of thesespecies to humid habitats. These stable conditions seem to have persisted in refugial areas in the archipelagoduring the last glacial maximum, allowing the persistence of basal angiosperm species. Therefore, a past climaticstability could explain the over-representation of some groups of forest species that may have disappeared inneighboring regions. The distribution of basal angiosperms in New Caledonia, as well as their droughtsensitivity, support the hypothesis suggesting that early angiosperms lived in humid and stable environments.; L’une des remarquables originalités de la flore néo-calédonienne repose sur la présence de nombreuseslignées correspondant aux premières divergences des plantes à fleurs, compte tenu de leurs positionsphylogénétiques. Au sein de ces lignées, certaines espèces sont susceptibles de porter des traits morphoanatomiquesancestraux. Par conséquent, dans un contexte comparatif, l'étude de ces espèces peut fournir desinformations cruciales pour comprendre les premières étapes évolutives des angiospermes. Un premier volet decette thèse vise à étudier des caractéristiques structurelles et fonctionnelles des groupes représentatifsd’angiospermes basales. L'étude d'Amborella trichopoda, espèce sœur de toutes les angiospermes, nous a montréune covariation des traits fonctionnels (tige-feuille) et une plasticité morphologique en réponse à des variationsde l'environnement lumineux. Cela suggère que ces réponses plastiques étaient déjà présentes chez l'ancêtrecommun de toutes les plantes à fleurs. En parallèle, l’étude de l'évolution anatomique des Piperales, ordre le plusriche parmi les angiospermes basales, suggère que leur ancêtre commun aurait possédé un cambium actif. Cesrésultats supportent que les premières angiospermes avaient une forme de vie ligneuse et une probable structuresympodiale.Les angiospermes basales comptent parmi les lignées d'angiospermes surreprésentées en Nouvelle-Calédonie. Cependant, les mécanismes à l’origine de cette dysharmonie demeurent inexplorés. Un deuxièmevolet de cette thèse analyse la répartition environnementale des angiospermes basales de l'archipel afin deconnaitre leurs préférences en termes d’habitats, ainsi que leurs exigences environnementales. Cette distributionenvironnementale a également été analysée au regard de leur résistance à la sécheresse. Nous montrons que laplupart des espèces présentent une préférence marquée pour des habitats de forêt humide avec des faiblesvariations en température. La vulnérabilité hydraulique face à la sécheresse apparaît comme un trait majeur quiconfine la distribution de ces espèces dans des habitats humides. Ces conditions auraient persisté dans des zonesrefuges dans l'archipel lors de la dernière période glaciaire, permettant ainsi le maintien de certaines lignéesd’angiospermes basales. Une stabilité climatique passée pourrait donc être à l'origine de la surreprésentation decertains groupes d'espèces forestières qui ont disparu dans les régions voisines. La distribution des angiospermesbasales néo-calédoniennes, ainsi que leur sensibilité à la sécheresse, supportent l'hypothèse suggérant que lespremières angiospermes habitaient des milieux humides et stables.

The aim of this thesis was to understand links between two degradation processes of organic matter: the forage digestibility by domestic herbivores and the decomposability of litter by soil microfauna. We hypothesized that: (i) management regimes influenced species digestibility and decomposability, and (ii) in agreement with the dominance hypothesis, those of communities through changes in their functional structure; (iii) digestibility and decomposability can be estimated by the same “functional marker” both at the species and community levels. This study was conducted in rangelands from the La Fage research station located on the Larzac Causse (Aveyron). Our results showed an effect of management regimes on the digestibility and decomposability of different organs (leaf, stem, reproductive part): species from grazed and fertilized grasslands had higher digestibility and decomposability than those from grasslands solely grazed. Measurements conducted at two harvest dates showed a decrease of digestibility of the different organs during spring, mostly due to an increase in fibre concentration. A positive relationship between digestibility and decomposability was found for leaves and stems in both management regimes. This relationship was strongly dependent on organ fibre content, which could be safely estimated by the dry matter content of these different organs: the higher their concentration in structural tissues, the higher their dry matter content, and the lower their digestibility and decomposability. These results were also found at the community level for both properties, thereby validating the dominance hypothesis: the digestibility and decomposability of communities could be predicted from the traits of dominant species found in each management regime, in particular their dry matter content. Dry matter content therefore appears as a powerful and easy to measure marker to estimate the digestibility and decomposability of complex systems. The trait-based approach to plant functional diversity can be used as a diagnostic tool to assess rangeland functioning, so as to modulate management practices according to farmer’s objectives.; Le but de cette thèse était de comprendre les liens entre deux processus de dégradation de la matière organique : la digestibilité du fourrage par les herbivores domestiques et la décomposabilité de la litière par la microfaune du sol. Nous avons fait les hypothèses suivantes : (i) les pratiques de gestion affectent la digestibilité et la décomposabilité des espèces, et (ii) en accord avec l’hypothèse de dominance, celles des communautés via des changements de leur structure fonctionnelle ; (iii) digestibilité et décomposabilité peuvent être estimées par un même « marqueur fonctionnel » facile à mesurer aux niveaux d’organisation de l’espèce et de la communauté. Ce travail a été réalisé dans des parcours du domaine expérimental de La Fage situés sur le Causse du Larzac (Aveyron). Nos résultats ont montré un effet des pratiques de gestion sur la digestibilité et la décomposabilité des différents organes (feuille, tige, partie reproductrice) : les espèces de parcours pâturés et fertilisés ont présenté une digestibilité et décomposabilité supérieures à celles des espèces de parcours uniquement pâturés. Des mesures effectuées à deux dates de récolte ont permis de mettre en évidence une baisse de digestibilité au cours du printemps dans les différents organes, principalement causée par une augmentation de leur teneur en fibre. Une relation positive entre digestibilité et décomposabilité a été montrée pour les feuilles et les tiges dans les deux types de parcours. Cette relation était fortement dépendante de la teneur en fibres des organes, qui peut être estimée de façon fiable par la teneur en matière sèche de ceux-ci : plus la teneur en fibres était élevée, plus la teneur en matière sèche était forte, induisant une faible digestibilité et une faible décomposabilité. Ces résultats ont également été démontrés à l’échelle des communautés pour la digestibilité et la décomposabilité, confirmant l’hypothèse de dominance : les propriétés des écosystèmes peuvent être prédites à partir de traits des espèces dominantes des différents parcours, et en particulier de leur teneur en matière sèche. La teneur en matière sèche est donc un marqueur puissant et facile à mesurer pour estimer la digestibilité et la décomposabilité de systèmes complexes. L’approche fonctionnelle de la diversité biologique basée sur les traits peut donc être utilisée comme un outil de diagnostic du fonctionnement des prairies permanentes afin d’adapter les pratiques de gestion selon les objectifs des éleveurs.

EAGESTADCT1; Importance de la variabilité fonctionnelle intraspécifique des adventices en réponse aux pratiques culturales et aux conditions climatiques. Ecologie des Communautés Végétales (ECOVEG 12)

International audience; AbstractGrassland covers about one quarter of the Earth’s land area and is currently estimated to contribute to the livelihoods of over 800 million people. Grassland provides ecosystem goods and services, mainly through the provisioning of milk and meat. Therefore, the proper use of grasslands will be essential for feeding the nine billion people that will inhabit planet Earth by 2050. In the context of a changing climate, we should better understand the interactions of environment, management and grass crop at individual, community and ecosystem levels. Functional ecology focuses on the roles and functions that species play in the community or ecosystem in which they occur. Functional ecology thus aims to understand how plant species adapt to environmental conditions and how management can alter this adaptation. Here, we review the latest advances in plant functional traits research and on species strategies to the main environmental factors occurring in grassland ecosystems: nutrient availability, grazing, cutting and shading. Functional ecology also provides a framework to better understand how species strategies interact with the species composition at the community level. Therefore, the literature on community assembling theories in relation to ecosystem processes most relevant to grassland management and services is also reviewed. Finally, future research questions and some new orientations for grassland experts are offered in order to meet the challenge of maintaining productivity and preservation of these semi-natural environments in the face of global change.

Benthic microbial communities are actively involved in organic matter recycling and fact biogeochemical functioning of lake ecosystems. These communities comprise many phyla but their functional diversity is still incompletely known. This study is focused on the benthic microbial communities involved in the methane cycle in lacsutrine suystems. We aimed understanding the structural and abundance changes of functional genes related to the vertical distribution (redox gradient in sediment), the horizontal variability (coastal vs. pelagic benthic zone) and seasonal dynamics related to mixing of the water column (re-oxygenation of benthic interface). The composition of methanotrophic and methanogenic communities was characterized by sequencing analyses.For this study, sedimentary cores were sampled along a transect from coastal to pelagic zone, at different times during an annual cycle. In addition, each sediment core was analyzed in its verticality from the water-sediment interface to 20 cm depth. Microbial communities involved in the cycle of methane (methanogenesis and methanotrophy) were targeted by 2 functional genes (mcrA and pmoA). Furthermore, phylogenetic markers were used to characterize the total bacterial and archaeal communities. These communities are studied in terms of structure (genotyping), diversity (sequencing) and abundance (qPCR, DNA) of their functional genes.The results of the study showed that, on a spatial scale, a low heterogeneity was detected for a given sampling station in terms of structure of microbial communities (total and functional), however, a high variability was detected both at an horizontal scale along a transect (costal vs. pelagic zone), due to contrasted environmental conditions, and at a vertical scale (upper to deeper layers in the core) under the effect of redox conditions. The bacterial community being the most affected in the verticality, with structural changes among all strata studied. In the same study, a comparative analysis of the structure (for all of the communities), between pooled samples and individual samples, demonstrated that the analysis of individual samples provided a greater number of OTU for the majority of microbial communities.Moreover the study of the temporal dynamic of methanogen and methanotroph communities revealed changes in the structure and abundance, mainly at the water - sediment interface, according to the oxygenation levels that varied through time. The analysis of diversity showed a dominance of Methanomicrobiales (Methanoregula mainly) for methanogens, but Methanosarcinales (Methanosarcina) and Methanobacteriales (Methanobacterium) were also identified. The methanotrophs' community was dominated by Methylobacter on deeper stations and by Methylococcus in coastal station. Type II methanotrophs (Methylosinus and Methylocystis) were also identified.This work highlights the importance of taking into account both the spatial variability (horizontal and vertical) and the temporal variability of methanogen and methanotroph communities. Changes on their structures and abundances are significant parameters for understanding the processes involved in the methane cycle.; Les communautés microbiennes benthiques participent activement au recyclage de la matière organique et de fait au fonctionnement biogéochimique des écosystèmes lacustres. Ces communautés comportent de nombreux phyla mais leur diversité fonctionnelle est encore incomplètement connue. Ce travail vise à appréhender les modifications de structure et d'abondance des gènes fonctionnels en lien avec la distribution spatiale verticale (liée au gradient d'oxydoréduction), la variabilité spatiale horizontale (zone côtière vs pélagique) et la dynamique saisonnière liée au brassage de la colonne d'eau (ré-oxygénation des interfaces benthiques), de même que l'identification de la diversité des méthanotrophes et des méthanogènes.Pour cette étude, des carottes sédimentaires ont été prélevées sur un transect zone côtière – zone pélagique, à différentes dates au cours d'un cycle annuel. Chaque carotte sédimentaire a été analysée dans la verticalité entre l'interface eau-sédiment et 20 cm. Les communautés microbiennes participant au cycle du méthane ont été ciblées par 2 gènes de fonction et étudiées en termes de structure, de diversité et d'abondance; par ailleurs, des marqueurs phylogénétiques ont été utilisés pour caractériser les communautés bactériennes et archéennes totales.Les résultats de l'étude spatiale montrent que, si à l'échelle locale (station d'échantillonnage) une relative homogénéité des communautés microbiennes (totales et fonctionnelles) est observée, des variabilités fortes sont détectées d'une part à l'échelle des transects horizontaux en lien avec des changements de conditions environnementales et d'autre part dans la verticalité des sédiments sous l'effet des conditions d'oxydoréduction. La communauté bactérienne étant la plus affectée dans la verticalité, avec des changements de structure entre toutes les strates étudiées. Dans cette même étude, une analyse comparative de la structure des communautés (totales et fonctionelles) a démontré que l'analyse d'échantillons individuels permettait d'obtenir un plus grand nombre d'OTU que l'analyse des mêmes échantillons regroupés en pools.Les résultats de l'étude de la dynamique temporelle des communautés méthanogènes et méthanotrophes révèlent des changements de structure et abondance, principalement à l'interface eau - sédiment en lien avec la dynamique d'oxygénation du lac. Quant à l'analyse de la diversité, elle montre une dominance des Methanomicrobiales (Methanoregula principalement) pour les méthanogènes, mais les Methanosarcinales (Methanosarcina) et les Methanobacteriales (Methanobacterium) ont également été identifiés. Pour les méthanotrophes, la diversité est dominée par Methylobacter en zone profonde et par Methylococcus en zone côtière, les méthanotrophes de Type II (Methylosinus et Methylocystis) ont aussi été identifiés.L'ensemble de ces travaux souligne l'importance de prendre en compte, à la fois la variabilité spatiale (horizontale et verticale) et la variabilité temporelle, des communautés méthanogènes et méthanotrophes lors de l'étude de ces communautés. Les changements quant à leurs structures et leurs abondances sont des paramètres non négligeables pour comprendre les processus impliqués dans le cycle du méthane.

Questions: One central assumption of trait screening approaches in comparative plant ecology, i.e. simultaneous measurement of traits on a large number of species or populations, is that the species level captures a major part of trait variation. The current development of large databases has led to a new screening approach that relies on the extraction of trait values from databases, rather than on measurement of traits in the field. We tested this assumption with the following questions: (1) is the magnitude of intra-specific variability of co-occurring species lower than inter-specific variability for a given trait, in comparisons at different spatial scales; (2) is species hierarchy based on trait values conserved across different spatial scales and data sets (stable species hierarchy hypothesis); and (3) when we compare different traits, what is the more stable trait that is conserved across different spatial scales and data sets? Methods: We combined approaches commonly used in functional ecology, i.e. experimental data, field observations and extraction of data from a global database, and analysed the magnitude of intra-specific and inter-specific trait variations for a large number of traits across contrasting environmental conditions for 18-39 (mostly) herbaceous species, according to the data set used. Results: For most traits, inter-specific variability was higher than intra-specific variability, and species ranking was conserved across different data sets and spatial scales. However, we also detected important differential responses in terms of intra-specific trait variability, depending on the trait examined: SLA, LDMC, SM, seed N concentration and onset of flowering were more stable, whereas leaf chemical traits and RH were more flexible traits. Conclusions: Our study validated, for the species studied, the stable species hierarchy hypothesis in the case of several, but not all, widely used traits. The main conclusion is that the strength of the species signal is strong enough for some traits to allow values to be used from different data sets (experiments, databases) to characterize local populations of species: for SM, seed N concentration, RH, SLA and LDMC.

Understanding the relationships between ecohydrology and functional structure of plant communities is a timely issue in plant ecology. From ecosystem to species levels, this works investigated the effects of a resource availability gradient on the structure and functioning of Mediterranean rangelands in Southern France. Using a water-balance modeling approach, differences in water-use at the ecosystem level were quantified across five contrasting years, accounting for the variability in both soil characteristics and vegetation functioning. Plant water-use and productivity scaled with soil water storage capacity and its filling rate, suggesting a functional equilibrium between plant communities and local water availability. Using a trait-based approach, we then showed that the ratio of total leaf area of the community on total root area determined an allometric relationship between potential evapotranspiration and water uptake capacity. The “coordination” between above- and belowground compartment of the vegetation was achieved by a suite of architectural and morphological adaptations. Modifications of species relative abundances and species turn-over explained morphological and functioning adaptations to cope with limiting resources. Finally at species level, a removal experiment allowed to quantify the relative importance of water limitations and effects of plant-plant interaction on individual plant productivity of three target species of graminoïds. The importance of competition increased with soil resource availability and depended more on trait-trait hierarchical distances among species than standing biomass. Competition among plants affects the axes of the functional niche of species independently, leading to the convergence of leaf dry matter content towards low values but to greater functional divergence for plant height. Overall, this functional approach provided an integrative understanding of the role of plant diversity in the response of ecological systems to changes in water availability. Furthermore, these results on ecohydrological properties of natural communities can contribute to the design of complex agro-ecosystem better adapted to intense droughts predicted under climate change.; Comprendre les relations entre écohydrologie et structure fonctionnelle des communautés végétales est une problématique croissante en écologie. Cette thèse a pour objectif d'analyser les effets d'un gradient de ressource édaphique sur la structure et le fonctionnement de parcours herbacés dans le sud de la France, en intégrant les niveaux de l'écosystème à la plante. Par modélisation du bilan hydrique, les différences d'utilisation de l'eau au niveau de l'écosystème ont été quantifiées pour cinq années contrastées révélatrices de la variabilité des propriétés des sols et du fonctionnement végétal. Utilisation de l'eau et productivité des plantes sont proportionnelles à la réserve utile des sols et à son taux de remplissage, suggérant un équilibre fonctionnel entre les communautés végétales et la disponibilité de l'eau locale. Par une approche ‘traits', nous avons ensuite montré que le ratio entre surface foliaire et surface racinaire totales de la communauté est le facteur déterminant une relation 'allométrique' entre évapotranspiration potentielle et capacité de prélèvements hydriques. La coordination entre les compartiments racinaire et aérien de la végétation dépend d'une suite d'adaptations architecturales et morphologiques. Des modifications d'abondances relatives spécifiques et le turn-over d'espèces génèrent une variabilité de morphologie et de fonctionnement des communautés permettant leur adaptation à des ressources limitées. Au niveau plante, une expérimentation de transplantation a permis de quantifier l'importance relative de la disponibilité hydrique et des interactions entre plantes sur la productivité individuelle de trois espèces-cibles. L'importance de la compétition s'est révélée plus élevée sous fort niveau de ressource et dépendait plus des relations hiérarchiques entre traits que de la biomasse. La compétition entre plantes affecte les axes de niche fonctionnelle des espèces de façon indépendante, avec une convergence de la ‘teneur en matière sèche des feuilles' pour des faibles valeurs mais une plus forte divergence fonctionnelle pour la ‘hauteur des plantes'. Cette approche fonctionnelle a permis d'éclairer le rôle de la diversité végétale dans la réponse des systèmes écologiques à des ressources hydriques variables. De plus, ces résultats sur les propriétés écohydrologiques des communautés naturelles peuvent contribuer à la conception d'agro-écosytèmes complexes mieux adaptés aux sécheresses intenses prévues dans le contexte actuel de changement climatique.

Comprendre les relations entre écohydrologie et structure fonctionnelle des communautés végétales est une problématique croissante en écologie. Cette thèse a pour objectif d'analyser les effets d'un gradient de ressource édaphique sur la structure et le fonctionnement de parcours herbacés dans le sud de la France, en intégrant les niveaux de l'écosystème à la plante. Par modélisation du bilan hydrique, les différences d'utilisation de l'eau au niveau de l'écosystème ont été quantifiées pour cinq années contrastées révélatrices de la variabilité des propriétés des sols et du fonctionnement végétal. Utilisation de l'eau et productivité des plantes sont proportionnelles à la réserve utile des sols et à son taux de remplissage, suggérant un équilibre fonctionnel entre les communautés végétales et la disponibilité de l'eau locale. Par une approche ‘traits', nous avons ensuite montré que le ratio entre surface foliaire et surface racinaire totales de la communauté est le facteur déterminant une relation 'allométrique' entre évapotranspiration potentielle et capacité de prélèvements hydriques. La coordination entre les compartiments racinaire et aérien de la végétation dépend d'une suite d'adaptations architecturales et morphologiques. Des modifications d'abondances relatives spécifiques et le turn-over d'espèces génèrent une variabilité de morphologie et de fonctionnement des communautés permettant leur adaptation à des ressources limitées. Au niveau plante, une expérimentation de transplantation a permis de quantifier l'importance relative de la disponibilité hydrique et des interactions entre plantes sur la productivité individuelle de trois espèces-cibles. L'importance de la compétition s'est révélée plus élevée sous fort niveau de ressource et dépendait plus des relations hiérarchiques entre traits que de la biomasse. La compétition entre plantes affecte les axes de niche fonctionnelle des espèces de façon indépendante, avec une convergence de la ‘teneur en matière sèche des feuilles' pour des faibles valeurs mais une plus forte divergence fonctionnelle pour la ‘hauteur des plantes'. Cette approche fonctionnelle a permis d'éclairer le rôle de la diversité végétale dans la réponse des systèmes écologiques à des ressources hydriques variables. De plus, ces résultats sur les propriétés écohydrologiques des communautés naturelles peuvent contribuer à la conception d'agro-écosytèmes complexes mieux adaptés aux sécheresses intenses prévues dans le contexte actuel de changement climatique., Understanding the relationships between ecohydrology and functional structure of plant communities is a timely issue in plant ecology. From ecosystem to species levels, this works investigated the effects of a resource availability gradient on the structure and functioning of Mediterranean rangelands in Southern France. Using a water-balance modeling approach, differences in water-use at the ecosystem level were quantified across five contrasting years, accounting for the variability in both soil characteristics and vegetation functioning. Plant water-use and productivity scaled with soil water storage capacity and its filling rate, suggesting a functional equilibrium between plant communities and local water availability. Using a trait-based approach, we then showed that the ratio of total leaf area of the community on total root area determined an allometric relationship between potential evapotranspiration and water uptake capacity. The “coordination” between above- and belowground compartment of the vegetation was achieved by a suite of architectural and morphological adaptations. Modifications of species relative abundances and species turn-over explained morphological and functioning adaptations to cope with limiting resources. Finally at species level, a removal experiment allowed to quantify the relative importance of water limitations and effects of plant-plant interaction on individual plant productivity of three target species of graminoïds. The importance of competition increased with soil resource availability and depended more on trait-trait hierarchical distances among species than standing biomass. Competition among plants affects the axes of the functional niche of species independently, leading to the convergence of leaf dry matter content towards low values but to greater functional divergence for plant height. Overall, this functional approach provided an integrative understanding of the role of plant diversity in the response of ecological systems to changes in water availability. Furthermore, these results on ecohydrological properties of natural communities can contribute to the design of complex agro-ecosystem better adapted to intense droughts predicted under climate change.

National audience

Rapport d'avancement sur un projet " Atout-sol". L'objectif de ce projet est de déterminer l'impact de la sylviculture en mélange (peuplements forestiers composées d'au moins deux essences dominantes) sur la biodiversité et le fonctionnement des sols. Plus spécifiquement, les travaux sont découpés en deux volets : 1/ l'étude de la macrofaune 2/ l'étude du fonctionnement biologique des sols à travers la vitesse de décomposition des litières. En 2012, nous nous sommes consacrés au travail préparatoire. A savoir: Choisir des peuplements mélangés à étudier ; Prospecter et définir les sites d'étude ; Prélever la litière ; Etude bibliographique.

Sediment evaluation and monitoring is an essential part of ecosystem monitoring since sediments represent an important component of aquatic habitats and are also a potential source of contamination. Current methodologies of their ecotoxic risk assessment do not encompass ecosystemic responses and do not take into account multiple abiotic and biotic stressors. Run-of-river reservoirs entrap a large amount of sediments and constitute an opportunity to develop original risk assessment methodologies that integrate biological responses in situ and their potential effects for river ecosystem functioning. Six run-of-river reservoirs were selected to study the effects of sediment contamination at several spatial and biological scales, thanks to structural and functional approaches. Our results evidenced a selection in faunistic assemblages in response to contamination, associated with low taxonomic and functional diversity. Our results also evidenced sublethal responses, with niches shifts of invertebrate population and modification of biotic interactions. Sediment contamination has also impacted metabolic functional diversity of bacterial communities and fungal richness and biomass. These biocenotic alterations have resulted in disturbances in ecosystemic processes such as leaf breakdown and benthic flux at the water-sediment interface. Ecosystems downstream dams were also impacted, through resuspension of contaminated sediments, alteration of water quality and cascading effects related to structural and functional responses of reservoirs communities. Our findings evidenced challenges of the sediment quality preservation and the need to develop risk assessment methodologies based on the vulnerability at each biological scale in order to understand and elucidate ecological status and trajectories of aquatic ecosystems, A la fois témoins et acteurs de contamination, les sédiments constituent un élément essentiel des écosystèmes aquatiques qu'il convient de surveiller, évaluer et protéger. Les méthodes actuelles d'évaluation de leurs risques écotoxiques restent peu transférables aux écosystèmes, et ne rendent pas compte de la présence de multiples facteurs de stress abiotiques et biotiques. Les sédiments stockés par les seuils et barrages offrent l'opportunité de développer des méthodes originales de diagnose des réponses biologiques in situ. Six retenues au fil de l'eau dont les sédiments présentent un gradient de contamination métallique et organique ont été étudiées. Les effets de la contamination ont été explorés à différentes échelles spatiales et biologiques via des approches structurelles et fonctionnelles. Dans les retenues, en réponse à l'augmentation de la perturbation chimique, nos résultats montrent une sélection de cortèges faunistiques associée à une réduction de la diversité taxonomique et fonctionnelle. Des réponses sublétales des macroinvertébrés ont été identifiées, notamment sur les niches spatiales, les régimes alimentaires ou la compétition interspécifique. La contamination des sédiments impacte aussi le potentiel métabolique bactérien et la richesse et la biomasse fongique. L'ensemble de ces altérations biocénotiques se traduisent au niveau écosystémique par la rupture du processus de décomposition des litières et la modification des flux benthiques à l'interface eau-sédiment. Les écosystèmes en aval sont également perturbés via la remise en suspension des sédiments contaminés, l?altération de la qualité de l'eau et les effets en cascades des réponses structurelles et fonctionnelles des communautés des retenues. L'ensemble de nos résultats soulignent les enjeux de préservation de la qualité des sédiments et la nécessité de développer des méthodologies intégratives de la vulnérabilité à chaque niveau d'organisation biologique pour mieux appréhender l'état et les trajectoires écologiques des écosystèmes aquatiques

Sediment evaluation and monitoring is an essential part of ecosystem monitoring since sediments represent an important component of aquatic habitats and are also a potential source of contamination. Current methodologies of their ecotoxic risk assessment do not encompass ecosystemic responses and do not take into account multiple abiotic and biotic stressors. Run-of-river reservoirs entrap a large amount of sediments and constitute an opportunity to develop original risk assessment methodologies that integrate biological responses in situ and their potential effects for river ecosystem functioning. Six run-of-river reservoirs were selected to study the effects of sediment contamination at several spatial and biological scales, thanks to structural and functional approaches. Our results evidenced a selection in faunistic assemblages in response to contamination, associated with low taxonomic and functional diversity. Our results also evidenced sublethal responses, with niches shifts of invertebrate population and modification of biotic interactions. Sediment contamination has also impacted metabolic functional diversity of bacterial communities and fungal richness and biomass. These biocenotic alterations have resulted in disturbances in ecosystemic processes such as leaf breakdown and benthic flux at the water-sediment interface. Ecosystems downstream dams were also impacted, through resuspension of contaminated sediments, alteration of water quality and cascading effects related to structural and functional responses of reservoirs communities. Our findings evidenced challenges of the sediment quality preservation and the need to develop risk assessment methodologies based on the vulnerability at each biological scale in order to understand and elucidate ecological status and trajectories of aquatic ecosystems; A la fois témoins et acteurs de contamination, les sédiments constituent un élément essentiel des écosystèmes aquatiques qu'il convient de surveiller, évaluer et protéger. Les méthodes actuelles d'évaluation de leurs risques écotoxiques restent peu transférables aux écosystèmes, et ne rendent pas compte de la présence de multiples facteurs de stress abiotiques et biotiques. Les sédiments stockés par les seuils et barrages offrent l'opportunité de développer des méthodes originales de diagnose des réponses biologiques in situ. Six retenues au fil de l'eau dont les sédiments présentent un gradient de contamination métallique et organique ont été étudiées. Les effets de la contamination ont été explorés à différentes échelles spatiales et biologiques via des approches structurelles et fonctionnelles. Dans les retenues, en réponse à l'augmentation de la perturbation chimique, nos résultats montrent une sélection de cortèges faunistiques associée à une réduction de la diversité taxonomique et fonctionnelle. Des réponses sublétales des macroinvertébrés ont été identifiées, notamment sur les niches spatiales, les régimes alimentaires ou la compétition interspécifique. La contamination des sédiments impacte aussi le potentiel métabolique bactérien et la richesse et la biomasse fongique. L'ensemble de ces altérations biocénotiques se traduisent au niveau écosystémique par la rupture du processus de décomposition des litières et la modification des flux benthiques à l'interface eau-sédiment. Les écosystèmes en aval sont également perturbés via la remise en suspension des sédiments contaminés, l?altération de la qualité de l'eau et les effets en cascades des réponses structurelles et fonctionnelles des communautés des retenues. L'ensemble de nos résultats soulignent les enjeux de préservation de la qualité des sédiments et la nécessité de développer des méthodologies intégratives de la vulnérabilité à chaque niveau d'organisation biologique pour mieux appréhender l'état et les trajectoires écologiques des écosystèmes aquatiques

[Departement_IRSTEA]Territoires [TR1_IRSTEA]SEDYVIN; International audience; The rhizosphere is a key zone for pollutant removal in treatment wetlands; therefore, studies on microbial activity may provide helpful information for a better understanding of purification processes. We studied microbial activity in a vertical-downflow constructed wetland system treating waste activated sludge with high organic matter concentrations, under Mediterranean climate. The aims of the work were to study the influence of (i) the presence of plants, (ii) the plant species (Phragmites australis Cav., Typha latifolia L., Iris pseudacorus L.), and (iii) the plant growth stage (plant senescence and plant fast growing stage) on total respiration rate and phosphatase activity in the substrate (intented here as the solid support on which the plants grow). The presence of plants had a positive influence on microbial activity, since substrate respiration and both acid and alkaline phosphatase activity were always higher in planted than in unplanted mesocosms. Among the three tested species, Phragmites was the one that most stimulated both substrate respiration rate and phosphatase activity, followed by Typha and Iris. These differences of microbial activity between mesocosms were corresponding to differences of removal efficiency. Substrate respiration and phosphatase activity were of similar magnitude at the two growth stages, while the stimulating effect of plants seemed to have been delayed and microbial activity showed higher fluctuations at plant fast growing stage than at plant senescence.

National audience; La végétation d’une prairie peut se caractériser par la structure d’abondance de ses espèces (diversité taxonomique), et/ou encore par la distribution statistique des valeurs de traits des plantes (identité et diversité fonctionnelle) qui la composent. La structure de végétation d’une prairie présente également une composante spatiale qui se manifeste le plus souvent sous la forme d’agrégations d’individus conspécifiques (i.e. de la même espèce) et/ou de la moyenne/diversité des valeurs de traits. Cette présentation propose un tour d’horizon des connaissances relatives à l’émergence des patrons spatiaux de végétation et à leurs rôles potentiels dans le maintien de la diversité des communautés végétales, le fonctionnement de l’écosystème prairial et sa stabilité. Nous analyserons comment l’hétérogénéité spatiale des conditions de milieu et les pratiques agricoles influencent la structuration de la végétation dans l’espace (Herben & Hara 2003). Nous porterons ici une attention particulière au rôle joué par les herbivores (Rossignol et al. 2010). Nous nous pencherons également sur l’influence de processus biologiques propres aux plantes pérennes comme la propagation végétative (Lafarge, Mazel, & Hill 2005). Dans un second temps nous aborderons le rôle de ces structures spatiales dans les mécanismes de coexistence des espèces (Wilson 2011). Nous verrons plus particulièrement l’importance de la ségrégation des espèces ou de stratégies écologiques à échelle fine dans l’assemblage des communautés végétales d’un paysage alpin. Nous discuterons ensuite d’effets observés de l’agrégation spatiale des espèces sur la productivité des prairies et leur stabilité (Monzeglio & Stoll 2005). Les besoins de recherches visant à une meilleure compréhension des mécanismes qui sous-tendent l’apparition et le rôle des structures spatiales végétales dans les prairies permanentes seront discutés. Nous conclurons sur l’intérêt de considérer explicitement les structures spatiales végétales dans une démarche agro-écologique de gestion des prairies.

Ce document est un mémoire subdivisé en plusieurs volets. Le premier chapitre retrace l'évolution de ma carrière. Il est suivi d'un rapport d'activité synthétisant mes travaux de recherche, dans le domaine des relations sols-plantes. Mes recherches ont été effectuées principalement à l'université d'Aix-Marseille au sein de l'Institut Méditerranéen d'Ecologie et de Paléo-écologie (IMEP), et concernent 1/ les impacts d'une perturbation et des mesures de restauration sur les organismes et les écosystèmes, en lien avec la valorisation des composts de boues de stations d'épuration, et 2/ les biotechnologies, et plus spécifiquement la phytoremédiation c'est-à-dire le traitement de déchets liquides par des systèmes de filtres végétalisés, en me focalisant sur les rôles direct et indirect des végétaux dans le procédé d'épuration. Ce deuxième chapitre présente également mes travaux sur l'importance des éléments grossiers dans les relations sols-plantes effectués dans le cadre d'un congés de recherche à l'INRA UR Science du sol d'Orléans. Enfin, un troisième chapitre est consacré au projet de recherche volontairement tourné vers les relations sols-plantes dans les systèmes forestiers de plaine, puisque je suis détachée à l'unité Ecosystèmes Forestiers du Cemagref/Irstea depuis septembre 2010.

Lack of data standards in functional ecology inhibits the most efficient use of long-term observational data. Such data standards however, would be accepted by the whole community if they reflect the opinion and experience of the majority. Here we propose an approach to this problem that is based on models, which integrate web of data resources to guide a community of experts in the collaborative and joint construction of a generally accepted thesaurus. Our practical approach is based on the design of a vocabulary that is dedicated to functional traits in plants. Once the thesaurus has been stabilized, it will be mobilized on the web of data, with the expectation that this approach will lead to a domain ontology in functional ecology., L'écologie fonctionnelle manque de standards de données, pour pouvoir pleinement faire usage des données, issues des observations menées sur le long terme. Ces standards ne seront acceptés par l'ensemble de la communauté, que si ils reflètent la perception du plus grand nombre. Nous proposons une approche centrée sur les modèles, qui exploite les ressources généralistes du web de données afin de guider une communauté d'experts dans la construction collective d'un thésaurus. La démarche est mise en pratique au travers de la construction du thésaurus dédié aux traits fonctionnels chez les plantes. Le thésaurus, une fois stabilisé, sera à son tour mobilisable sur le web et viendra amorcer la construction d'une ontologie de domaine en écologie fonctionnelle.

Foraging strategies can be defined as the establishment of a consistent set of morphological, physiological, ecological and behavioural responses allowing the optimization of foraging success. Beyond the simple description of the diet, the present work attempted to explore some aspects of foraging strategies and of the energetic of predation among northeast Atlantic marine mammals. The main goal of the study was to contribute to a better understanding of "why a prey is a prey?" Prey energy density appeared to be a key point of predation strategies. Hence, marine mammal species with high existence costs would need high quality prey items, and cannot fulfil their energy requirement just by ingesting more prey items of low to medium quality. The results of this thesis permitted to progress from a taxonomic description of marine mammal diets to the identification of functional relationships between prey and predators. Hence, traits of prey quality such as lipid content or energy density, and traits of predator cost of existence such as muscle mitochondrial density or muscle lipid content, were significantly correlated. Finally, this work underlines that in order to understand the foraging ecology of a predator, its prey characteristics have to be known.; Les stratégies alimentaires peuvent être définies comme la mise en place d'ensembles cohérents de réponses morphologiques, physiologiques, écologiques ou comportementales permettant d’optimiser le succès alimentaire d’une espèce. Le présent travail s'est proposé d'aller au-delà de la simple analyse taxonomique des régimes alimentaires en utilisant les caractéristiques des proies pour explorer certains aspects des stratégies alimentaires et de l’énergétique de la prédation chez les mammifères marins de l’atlantique nord-est. L'objectif majeur était de contribuer à une meilleure compréhension du "pourquoi une proie est une proie ?" La valeur énergétique des proies est apparue comme un élément central des stratégies de prédation. Il en résulte que des coûts d'existence importants chez les mammifères marins doivent être soutenus par une alimentation de qualité élevée et ne peuvent pas être satisfaits simplement par une plus grande quantité de proies de qualité moyenne ou faible. Les résultats obtenus lors de cette thèse ont ainsi permis de progresser de la description des régimes alimentaires vers la compréhension de certaines relations fonctionnelles entre proies et prédateurs. Ainsi, les traits descriptifs de la qualité des proies, comme la teneur en lipides et la valeur énergétique, et les traits descriptifs des coûts d’existence des mammifères marins, comme l’indice mitochondrial et la teneur en lipides des muscles, sont significativement corrélés. Enfin, ce travail souligne que pour comprendre l'écologie alimentaire d'un prédateur, il faut surtout bien connaitre les caractéristiques de ses proies.

Foraging strategies can be defined as the establishment of a consistent set of morphological, physiological, ecological and behavioural responses allowing the optimization of foraging success. Beyond the simple description of the diet, the present work attempted to explore some aspects of foraging strategies and of the energetic of predation among northeast Atlantic marine mammals. The main goal of the study was to contribute to a better understanding of "why a prey is a prey?" Prey energy density appeared to be a key point of predation strategies. Hence, marine mammal species with high existence costs would need high quality prey items, and cannot fulfil their energy requirement just by ingesting more prey items of low to medium quality. The results of this thesis permitted to progress from a taxonomic description of marine mammal diets to the identification of functional relationships between prey and predators. Hence, traits of prey quality such as lipid content or energy density, and traits of predator cost of existence such as muscle mitochondrial density or muscle lipid content, were significantly correlated. Finally, this work underlines that in order to understand the foraging ecology of a predator, its prey characteristics have to be known.; Les stratégies alimentaires peuvent être définies comme la mise en place d'ensembles cohérents de réponses morphologiques, physiologiques, écologiques ou comportementales permettant d’optimiser le succès alimentaire d’une espèce. Le présent travail s'est proposé d'aller au-delà de la simple analyse taxonomique des régimes alimentaires en utilisant les caractéristiques des proies pour explorer certains aspects des stratégies alimentaires et de l’énergétique de la prédation chez les mammifères marins de l’atlantique nord-est. L'objectif majeur était de contribuer à une meilleure compréhension du "pourquoi une proie est une proie ?" La valeur énergétique des proies est apparue comme un élément central des stratégies de prédation. Il en résulte que des coûts d'existence importants chez les mammifères marins doivent être soutenus par une alimentation de qualité élevée et ne peuvent pas être satisfaits simplement par une plus grande quantité de proies de qualité moyenne ou faible. Les résultats obtenus lors de cette thèse ont ainsi permis de progresser de la description des régimes alimentaires vers la compréhension de certaines relations fonctionnelles entre proies et prédateurs. Ainsi, les traits descriptifs de la qualité des proies, comme la teneur en lipides et la valeur énergétique, et les traits descriptifs des coûts d’existence des mammifères marins, comme l’indice mitochondrial et la teneur en lipides des muscles, sont significativement corrélés. Enfin, ce travail souligne que pour comprendre l'écologie alimentaire d'un prédateur, il faut surtout bien connaitre les caractéristiques de ses proies.