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In the current context of environmental changes, many pressures threaten the functioning and integrity of natural environments. Among these pressures, concerns about increasing temperatures and changes in nutrients availability are rising, particularly for freshwater aquatic ecosystems. The consequences of these changes on headwater streams, which contribute to downstream water bodies and provide many ecosystem services, are essential to anticipate in order to plan management and conservation measures. Headwater streams functioning is mainly based on the decomposition of allochthonous organic matter, which is the major carbon input for benthic food webs. To a lesser extent, primary production is represented by the autotrophic organisms of biofilm. Using different approaches (microcosms, mesocosms, in natura), this thesis aims at understanding how microbial and macro-invertebrate compartments, involved in the functioning of headwater streams, react to temperature increases, and at disentangling the combined effects of nutrients availability changes, seasonality, species identity and underlying biotic interactions. The results of this thesis demonstrate that temperature and nutrients have complex effects on stream litter decomposition processes (potentially weak, non-linear and sometimes opposed to the results of the literature). In addition, these studies highlight the importance of taking seasonal effects and temporal dynamics into account in order to improve the understanding of the measured processes in natural or semi-natural environments. Finally, species identity (litter, micro and macro-organisms), species roles in the community (functional groups) and interactions among them (antagonists, facilitators) play a key role in the variability of observed responses, by modulating, for example, the importance of the brown and green pathways in the functioning of these systems. Finally, the variability of the effects of temperature increase and nutrient availability on the functioning of headwater streams, which is strongly linked to the context and level of biological organization, leads to many research opportunities, and in particular for citizen science.; Dans le contexte actuel des changements environnementaux, de nombreuses pressions menacent le fonctionnement et l’intégrité des milieux naturels. Parmi ces pressions, l’augmentation des températures et les modifications de la disponibilité des nutriments sont au cœur des préoccupations, en particulier concernant les écosystèmes aquatiques d’eau douce. Pour les ruisseaux de tête de bassin versant, qui sont des écosystèmes fragiles dont le fonctionnement est déterminant pour les masses d’eau situées à l’aval, les conséquences de ces changements sont primordiales à anticiper afin de prévoir des mesures de gestion et de conservation de ces milieux qui rendent de nombreux services écosystémiques. Le fonctionnement de ces cours d’eau repose principalement sur la décomposition de matière organique d’origine allochtone, qui constitue l’apport majeur de carbone des réseaux trophiques benthiques. Dans une moindre mesure, la production primaire y est représentée par les organismes autotrophes du biofilm. En utilisant différentes approches (microcosmes, mésocosmes, in natura), les travaux de cette thèse visent d’abord à comprendre comment les compartiments microbiens et macro-invertébrés, impliqués dans le fonctionnement des cours d’eau de tête de bassin, réagissent à l’augmentation des températures, puis tentent d’en démêler les effets conjoints de la modification de la disponibilité en nutriments, de la saisonnalité, de l’identité des espèces et des interactions biotiques sous-jacentes. Les résultats obtenus lors de cette thèse démontrent que la température et les nutriments ont des effets complexes—potentiellement faibles, non-linéaires et parfois opposés aux résultats de la littérature—sur les processus de décomposition des litières dans les cours d’eau. De plus, ces travaux soulignent l’importance de considérer les effets saisonniers et la dynamique temporelle pour mieux appréhender les processus mesurés en milieux naturels ou semi-naturels. Enfin, l’identité des espèces (litières, micro- et macro-organismes), leur rôle dans la communauté (groupes fonctionnels) et leurs interactions (antagonistes, facilitatrices) jouent un rôle clef dans la variabilité des réponses observées, en modulant, par exemple, l’importance de la voie brune et verte dans le fonctionnement de ces systèmes. Finalement, la variabilité des effets de l’augmentation de la température et de la disponibilité en nutriments sur le fonctionnement des cours d’eau de tête de bassin versant, fortement liée au contexte et au niveau d’organisation biologique, ouvre de nombreuses perspectives de recherche, et notamment dans le cadre des sciences participatives.

In the current context of environmental changes, many pressures threaten the functioning and integrity of natural environments. Among these pressures, concerns about increasing temperatures and changes in nutrients availability are rising, particularly for freshwater aquatic ecosystems. The consequences of these changes on headwater streams, which contribute to downstream water bodies and provide many ecosystem services, are essential to anticipate in order to plan management and conservation measures. Headwater streams functioning is mainly based on the decomposition of allochthonous organic matter, which is the major carbon input for benthic food webs. To a lesser extent, primary production is represented by the autotrophic organisms of biofilm. Using different approaches (microcosms, mesocosms, in natura), this thesis aims at understanding how microbial and macro-invertebrate compartments, involved in the functioning of headwater streams, react to temperature increases, and at disentangling the combined effects of nutrients availability changes, seasonality, species identity and underlying biotic interactions. The results of this thesis demonstrate that temperature and nutrients have complex effects on stream litter decomposition processes (potentially weak, non-linear and sometimes opposed to the results of the literature). In addition, these studies highlight the importance of taking seasonal effects and temporal dynamics into account in order to improve the understanding of the measured processes in natural or semi-natural environments. Finally, species identity (litter, micro and macro-organisms), species roles in the community (functional groups) and interactions among them (antagonists, facilitators) play a key role in the variability of observed responses, by modulating, for example, the importance of the brown and green pathways in the functioning of these systems. Finally, the variability of the effects of temperature increase and nutrient availability on the functioning of headwater streams, which is strongly linked to the context and level of biological organization, leads to many research opportunities, and in particular for citizen science.; Dans le contexte actuel des changements environnementaux, de nombreuses pressions menacent le fonctionnement et l’intégrité des milieux naturels. Parmi ces pressions, l’augmentation des températures et les modifications de la disponibilité des nutriments sont au cœur des préoccupations, en particulier concernant les écosystèmes aquatiques d’eau douce. Pour les ruisseaux de tête de bassin versant, qui sont des écosystèmes fragiles dont le fonctionnement est déterminant pour les masses d’eau situées à l’aval, les conséquences de ces changements sont primordiales à anticiper afin de prévoir des mesures de gestion et de conservation de ces milieux qui rendent de nombreux services écosystémiques. Le fonctionnement de ces cours d’eau repose principalement sur la décomposition de matière organique d’origine allochtone, qui constitue l’apport majeur de carbone des réseaux trophiques benthiques. Dans une moindre mesure, la production primaire y est représentée par les organismes autotrophes du biofilm. En utilisant différentes approches (microcosmes, mésocosmes, in natura), les travaux de cette thèse visent d’abord à comprendre comment les compartiments microbiens et macro-invertébrés, impliqués dans le fonctionnement des cours d’eau de tête de bassin, réagissent à l’augmentation des températures, puis tentent d’en démêler les effets conjoints de la modification de la disponibilité en nutriments, de la saisonnalité, de l’identité des espèces et des interactions biotiques sous-jacentes. Les résultats obtenus lors de cette thèse démontrent que la température et les nutriments ont des effets complexes—potentiellement faibles, non-linéaires et parfois opposés aux résultats de la littérature—sur les processus de décomposition des litières dans les cours d’eau. De plus, ces travaux soulignent l’importance de considérer les effets saisonniers et la dynamique temporelle pour mieux appréhender les processus mesurés en milieux naturels ou semi-naturels. Enfin, l’identité des espèces (litières, micro- et macro-organismes), leur rôle dans la communauté (groupes fonctionnels) et leurs interactions (antagonistes, facilitatrices) jouent un rôle clef dans la variabilité des réponses observées, en modulant, par exemple, l’importance de la voie brune et verte dans le fonctionnement de ces systèmes. Finalement, la variabilité des effets de l’augmentation de la température et de la disponibilité en nutriments sur le fonctionnement des cours d’eau de tête de bassin versant, fortement liée au contexte et au niveau d’organisation biologique, ouvre de nombreuses perspectives de recherche, et notamment dans le cadre des sciences participatives.